T09-Turboalternador

Generador Sincrnico

Dr. Ing. Mario Guillermo Macri

Turboalternador


Hidroalternador

Pelton

Francis Kaplan

Proceso de Bobinado de un Estator de un Generador Sincrnico

Sistema de excitacin bsico (electromecnico)



La Fem inducida en cada fase tiene dos componentes:

Una componente transformatriz, solo existe si la derivada temporal del flujo es distinta de cero.

Una componente rotacional, depende del valor de la velocidad del eje wr

tsenwNwe rrrot max=

Naturaleza de la FEM Generada por fase

La tensin inducida en un GS es rotacional y no transformatriz como en el caso de transformadores rot r o re w senw t=

00 1 max 1 max

2 4.442 2

r

r r

wE f N f N pi = = = 0 1 max4.44b rE k f N = Valor RMS

wr t

0

A

Eje magntico bobina estatrica A

Eje magntico bobina

rotrica de

( )0 rsen w t

( )0 cos rw t

0 cos wtLa componente de enlaces de flujo que produce la FEM es:

FEM rotacionalFEM transformatriz

0 00cos r r rd de N w t w N senw t

dt dt = = +

(La FEM rotacional resulta senoidal esta desfasada en atraso /2 al flujo)

0

E0

Mtodo de anlisis de la Impedancia Sincrnica

UA CARGA

Ia xad Ra

wr

E0

E0: FEM eficaz de excitacin [V/fase]Ra Resistencia de fase estatrica [/fase]Xad = wLad Reactancia sincrnica [/fase]Zd = (Ra + jXad) Impedancia sincrnica [/fase]

Reactancia sincrnica: Xd = xl + xad

Circuito equivalente por fase (Mtodo de Zd)

( )0 a a adU E I R jx= +

FMM Flujo FEM inducidaEn la armadura

Rueda polar (rotor) Nf.If o Eo

Armadura (estator)NIa a -jIa*xad

Fmm dispersin (k.NIa) l -jIa*xl

Este mtodo considera que cada corriente produceuna FMM y un flujo que produce una FEM inducida

FEM inducidas en las fases estatricas

Reactancia dereaccin de armadura

Reactancia dedispersin

( )0 0* *a a a l a ad a a l adU E I R jI x jI x E jI R x x= = + +


es un ngulo de avance de la rueda polar respecto a la posicin que tiene en vaco,esta relacionado con la potencia activa que entrega la mquina y es positivo para un generador

Diagrama Fasorial de un GS de entrehierro constante (Turboalternadores)

SR 90 ( ) 90 = + =

( )0 a a adU E I R jx= + +

UA CARGA

Ia xad Ra

wr

E0

Posicin del eje magntico polar en vaco

U

E0

Iaxad

IaRa

Ia

o

If

SR

Iaxl Iaxd


Reaccin transversal

Reaccin Demagnetizante Reaccin Magnetizante

Reaccin de armadura del GS



Mantenimiento de U = cte variando la Iex (Eo) siendo Ia = cte

Con corriente retrasada la RA es demagnetizante y se necesita mayor Iex (Eo) para mantener la U

Con corriente adelantada la RA es magnetizante y se necesita menor Iex (Eo) para mantener la U

0 pi / 2 pi 3/4 pi 2pi -1

-0.5

0

0.5

1

ngulo de par

Par electromagntico cosUIP = ( ) coscos 10100 IEIEP =+=

rejee

wPP

wPT 00

233 ==

( ) SRsensen == 90cos SRr

e senw

IEPT 1023

=

El par electromagntico depende del estado de excitacin (dado por la magnitud de E0)

De la velocidad sincrnica a la que es impulsada la mquina wr, y numero de polos

De la magnitud de la corriente dada por la carga

Del seno del ngulo de par (o potencia), que fsicamente es el ngulo que forman los campos magnticos de la armadura y del rotor.

Caracterstica Par ngulode la mquina sincrnica

La potencia activa interna por fase es:(Ver diagrama fasorial)

(Par electromagntico total)

0 13 cos2

er

E IT Pw

=

Si los ejes orientados en la misma direccin el ngulo SR = 0 y el par ser nuloSi los ejes estn orientados entre 0 < SR < /2 el par va en aumento con SRSi los ejes estn a 900 elctricos, SR = /2 el par es mximoSi los ejes estn con un ngulo /2 > SR > el par va disminuyendo con SRSi SR = el par se anula Si SR > el par cambiar de signo

Dado que P=Tw y w=ws es constante en otra escala se tiene la caracterstica Potencia - ngulo

Curvas caractersticas Estaticas del GS

Caracterstica de cortocircuito: Icc = f(Iex) weje = cte

Caracterstica de vacio: E = f(Iex) weje = cte

0 1 max4.44b rE k f N =

22

1 1o occ o o

d d da d

E EI E EZ x xR x

= = =

+ La Icc no depende sustancialmente de la velocidad del motor de impulso, dado que la frecuencia interviene en el numerador y el denominador

A bajas vueltas se hace importante el valor de Ra frente a xd

Caracterstica Externa U = f(Ia) cos=cte, weje = cte



Relacin Nominal de CortocircuitoSe define como: kcc = Icc/In Representa la corriente de cortocicuito

como mltiplo de la nominal

Relacin de cortocircuito

KCC

Turbogeneradores

Generadores de polos salientes con devanado amortiguador

Generadores de polos salientes sin devanado amortiguador

2p < 16 2P > 16 2P < 16 2P > 16

0.5 a 0.8 0.7 - 1.6 0.8 - 1.2 0.7 - 1.6 0.8 - 1.2

Como se deduce, la Icc siempre es menorque la nominal en turboalternadores

Ensayo para determinar la Impedancia Sincrnica

Prof. Ing. Mario Guillermo Macri

Ensayo en CC con In Ensayo en vacio

UA CARGA

Ia xad Ra

wr

E0

1) Medicin de resistencia Ra

2) Ensayo en CC: Se ajusta la Iex para tener Icc = In

3) Ensayo en vaco: manteniendo la Iex se mide Eo

Zd varia con la saturacin magnticaCaractersticas de vaco y cortocircuito

Zd= EoIcc

Mtodo de Potier

Con una mquina saturada se debe trabajar con la FMM resultante de los devanados de campo y armadura

La FMM de armadura no aparece en este caso pues aqu es una componente de la FMM total.

Solo se considera la reactancia de dispersin de la armadura y se debe conocer la curva caracterstica de vaco


FMM Flujo FEM inducidaEn la armaduraResultante (Nf.If+NaIa) res Er

Fmm dispersin (k.NIa) l -jIa*xl

( )a a a l a a lU E I R jI x E jI R x= = +

E

Ixl U IRa

Ia

res

fres

E

Ixl

U

E0

Ixad

IRa

Ia

o

ff

SR

fa

a

fres

res

La caida por reactancia de RA no existe(Se la tiene en cuenta al sumar las FMM)

Diagrama fasorialde Potier


Mtodo de Potier

E

Ixl U IRa

Ia

res

fres

( )a a a l a a lU E I R jI x E jI R x= = +

Diagrama fasorial de Potier

UA CARGA

Ia xl Ra

wr

E

Circuito equivalente de Potier


Si la mquina pierde carga rpidamentela corriente se hace cero, y la FMM de armadura fa = 0

Por ello la fres = fo y la tensin llega a Eo

E

Ixl

U = 0

IaRa 90

Iacc

res

fres

fa

Punto C en cortocircuito con cos = 0 L

E Ia*xl pues la cada por resistencia es particularmente despreciable

U=0

Iacc xl Ra

wr

E

Focc kad.Fad = Fres

E= Ian.Zl = AB Zl = AB/IanImpedancia de dispersin llamada reactancia de Potier

En cortocircuito es aproximadamente:fres colineal con fo y fa

(pueden sumarse aritmeticamente)


Fo debe vencer la fa e inducir E en la armadura con la fres

E

Ixl U

IRa 0

Ia

res

fres

fa

UA CARGA

Ia xl Ra

wr

E

En esta situacin las FMM tambin son practicamente coliniales (pueden sumarse aritmeticamente) y adems E U +Ia*zl

Punto de Potier Un Ian y cos = 0 L

A corriente nominal constante los lados del tringulo no varan.

Si se desplaza paralelamente, el punto A describe la caracterstica de carga a In cos = 0 L

El punto D es el punto A cuando esta a Un (Punto de Potier) y permite determinar el Tringulo de Potier

Para ello se traza una paralela a la linea del entrehierro (a OB) a una distancia HD=OA

La interseccin Q define el tringulo

El tringulo de Potier permite hallar:

Reactancia de Potier Xp = QF/Ian

Relacin de Equivalencia Kad=FD/Ian

Determinacin de la regulacin de tensin (mtodo de Potier)

Datos del Generador: Ra xp keFa

Datos de la carga:Ia U cos

Eo


0% 100nn

E UuU

=

Eo Se obtiene grficamente

Pgina 1Pgina 2Pgina 3Pgina 4Pgina 5Pgina 6Pgina 7Pgina 8Pgina 9Pgina 10Pgina 11Pgina 12Pgina 13Pgina 14Pgina 15Pgina 16Pgina 17Pgina 18Pgina 19Pgina 20Pgina 21Pgina 22Pgina 23Pgina 24

Documents

T09-Turboalternador