ESCUELA SUPERIOR POLITÉCNICA DE CHIMBORAZO Máquinas Eléctricas INTEGRANTES: WASHINGTON NARANJO DANIEL OROZCO MICHAEL PERUGACHI BYRON PADILLA

QUÉ ES UN GENERADOR ? Los generadores son máquinas rotativas que transforman energía mecánica en energía eléctrica. Los generadores más utilizados son los generadores sincrónicos.

Objetivos  Comprender el funcionamiento básico de un generador sincrónico.  Entender el circuito equivalente de un generador síncrono.  Poder trazar diagramas fasoriales para un generador síncrono.  Conocer las ecuaciones de potencia y par de un generador síncrono.

 La razón por la que se llama generador síncrono es la igualdad entre la frecuencia eléctrica como la frecuencia angular, es decir, el generador girara a la velocidad del campo magnético  Esta máquina funciona alimentando al rotor o circuito de campo por medio de una batería es decir por este devanado fluirá CC., mientras que en el estator o circuito de armadura la corriente es alterna CA. La forma de suministrar corriente de CC al rotor es mediante 2 métodos: Generadores Sincrónicos o Alternadores Desde una fuente externa de cc, por medio de anillos de rozamiento y escobillas Desde una fuente de cc especial, montada en el eje del generador sincrónico.

VELOCIDAD DE ROTACIÓN DE UN GENERADOR SINCRÓNICO

VOLTAJE GENERADO El voltaje depende del flujo de la máquina Φ, de su frecuencia o velocidad de rotación y de su construcción, y viene dado por la ecuación: E A = KΦω Donde K: es una constante que depende de la construcción de la máquina. De donde se deduce que el voltaje inducido E A es directamente proporcional al flujo y a la velocidad, pero el flujo depende de la corriente que fluye en el circuito de campo del rotor. Entonces la corriente de campo se relaciona con el flujo como se ve en la figura:

CIRCUITO EQUVALENTE El voltaje E A es el que se genera en una fase del generador, pero este no aparece en los terminales V f, a menos que no haya corriente del inducido que llegue a la máquina. Para establecer la relación entre E A y V f se analiza el modelo de generador sincrónico, y los factores que causan esta diferencia son: a) LA REACCIÓN DEL INDUCIDO. Este efecto se representa por un inductor multiplicado por la corriente circulante -jX.I A, ya que este voltaje de pérdidas tiene un atraso do 90° respecto al voltaje E A : V f = E A – jX.I A

b) LA AUTOINDUCTANCIA Y LA RESISTENCIA DE LAS BOBINAS DEL INDUCIDO.- que se designan con L A y R A, con lo que quedaría: V f = E A – jX.I A - R A.I A - jX A.I A En donde si se hace que Xs = X + X A, la ecuación finalmente quedará: V f = E A – jXs.I A - R A.I A CIRCUITO EQUVALENTE

CIRCUITO EQUIVALENTE DEL GENERADOR PARA LAS TRES FASES

Potencia en un Generador sincrónico  Un generador recibe potencia mecánica de un motor primo  Siempre debe tener un velocidad fija para no afectar la frecuencia Condiciones

Figura 4.47 Generador conectado en Y y en 

Figura 4.48 Diagrama de flujo de potencia de un Generador sincrónico

Tipos de cargas según el voltaje de salida Si se agregan cargas en atraso (inductancias), la tensión en los bornes disminuye significativamente. Si se agregan cargas con factor de potencia 1, la tensión en los bornes disminuye ligeramente. Si se agregan cargas en adelanto (capacitores) la tensión en los bornes se eleva. Nota: La manera para mantener el voltaje constante y evitar estos inconvenientes es controlando el flujo que será el que influya en el voltaje generado (EA = Kfw)

Funcionamiento de Generadores Sincrónicos en paralelo Aumenta la confiabilidad del sistema de potencia, pues si alguno de los generadores falla, los otros generadores continúan alimentando a la carga. Varios generadores abastecen a más carga que uno solo. Se puede realizar el mantenimiento de uno o varios generadores pues estos pueden ser desconectados sin dejar de alimentar a la carga. Un solo generador puede estar funcionando a plena carga y por ende ineficientemente, en cambio que varios generadores incluso más pequeños funcionan a carga nominal y trabajan más eficientemente.

Requisitos para la conexión en paralelo Los voltajes de línea efectivos de los generadores deben ser iguales. Los dos generadores deben tener la misma secuencia de fases. Los ángulos de fase de las dos fases deben ser iguales. La frecuencia del generador entrante debe ser ligeramente más alta que la frecuencia del sistema en funcionamiento.

Procedimiento para conectar generadores en paralelo La corriente de campo del generador entrante se debe graduar, hasta que la tensión de los bornes se iguale a la tensión de línea del sistema (utilizar voltímetros) Comprobar que la secuencia de fases sea la misma. Esto se puede hacer con un motor de inducción trifásico, conectando sus terminales a los bornees del generador y si este gira en el mismo sentido que al conectarlo con el sistema, la secuencia es la correcta. De no ser así se deben intercambiar dos de los terminales del generador. Otra forma es conectando tres bombillos como se ilustra en la figura 4.49, y si los tres bombillo se encienden y apagan al mismo tiempo la secuencia de fases es la misma. Graduar la frecuencia del generador entrante (con un frecuencímetro), para que esta sea ligeramente mayor a la del sistema, esto se lo hace variando la velocidad del primo motor. Se requiere que el generador entrante tenga frecuencia un tanto mayor para que entregue potencia al sistema, caso contrario la absorberá y actuará como un motor

Para saber cuando conectar el generador al sistema, se puede utilizar los tres bombillo que se ilustró en la figura 4.49, pues cuando estos se apagan, los voltajes del sistema y del generador entrante están en fase y se puede cerrar el interruptor y conectar el generador al sistema.

Figura 4.49 Método de los tres bombillos para comprobar la secuencia de fases

En un sitio en Europa se requiere suministrar kW a 60 Hz de potencia. Las únicas fuentes de potencia disponibles operan a 50 Hz. Se decide generar la potencia por medio de un motor-generador que consta de un motor síncrono que acciona un generador síncrono. ¿Cuántos polos deberían tener cada una de las máquinas para convertir la potencia de 50 Hz en potencia de 60 Hz?

a)Cuál es la velocidad de rotación de este generador? b)¿cuál es el voltaje en las terminales del generador si está cargado con una corriente nominal con un factor de potencia de 0.8 en retraso.? c)¿Cuál es la eficiencia del generador (desprecie las perdidas eléctricas) cuando opera a corriente nominal con un factor de potencia de 0.8 en retraso?

Si se carga el generador con corriente nominal con un factor de potencia de 0.8 en retraso, el diagrama fasorial resultante tiene una forma parecida al que se muestra en la figura

CONCLUSIONES

Se recomienda ver videos de construcción del generador para entender mejor su funcionamiento y sus condiciones de construcción. Comparar el generador con otros tipos de generadores de diferente funcionamiento para tener una mejor noción de sus aplicaciones y restricciones. RECOMENDACIONES