curso de excitaciones la robla

Regulación de tensióny Sistemas de Excitación.

José Quintario

20042004

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- La Robla. Curso de Regulación de Tensión y Sistemas de Excitación. -- La Robla. Curso de Regulación de Tensión y Sistemas de Excitación. -

•Rectificadores

•Conceptos básicos de regulación.

•Sistemas de Excitación

•Maquinas sincronas

•Regulador de Tensión

•Limitadores.

•Configuración de rectificadores y rectificadores

•Otros equipos asociados

Indice

MAQUINASSINCRONAS.

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Máquina Síncrona.

Rotores

Estator

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Máquina Síncrona. Ecuacionesbásicas eléctricas.

e = dφ / dt

MAQUINA SINCRONA

Ω

+

-

V

E = K1 n φ φ = K2 If

E = K1 K2 n If

E = 4,44 N f φ

e Fuera electromotrizE Tensión eficazN Número de espirasn rpmf Frecuenciaφ flujo magnéticoIf Intensidad de campoK Constantes

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Máquina Síncrona. Ecuacionesbásicas mecánicas.

Mmotor - Meléct = J ( dΩ / dt)

Meléct Par eléctricoMmotor Par motorJ Momento de inerciaΩ Velocidad angular

Ω

Mmotor Meléct

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Máquina Síncrona. Curva devacio.

E = K1 K2 n If

E=K If

Codo saturación

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Máquina Síncrona. Modeloequivalente.

Modelo equivalente.Máquina síncrona no saturada.Eo = K Iexc.

Iexc.

Eo U

Xd

I

U = E - jXd I

Eo

Uj Xd I

I

δ

φ

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Máquina Síncrona. Modeloequivalente.

Eo

U Xd I

I

δ

φ

Xd I Cos φ

Xd I Sen φ

φ

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Máquina Síncrona. Diagramade Potencias.

Eo

U Xd I

I

δ

φ

Xd I Cos φ

Xd I Sen φ

φ

P = 3 U I Cos φ

Q = 3 U I Sen φ

Multiplicando el gráfico por 3U/Xd

P

Q

Xd I Cos φ = E Sen δ

P = (3 U/ Xd) E Sen δ

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Máquina Síncrona. Diagramade Potencias.

P

Q

Circunferencias de Corriente de estator constante

Circunferencias de Corriente de rotor constante

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Máquina Síncrona. Límite deángulo polar.

P = (3 U/ Xd) E Sen δ

P

3 Eo U senδ 3 U (Xd-Xq) sen 2δP = + Xd 2 Xd Xq

3 Eo U senδ 3 U (Xd-Xq) sen 2δM = + Ωs Xd Ωs 2 Xd Xq

δδδδ

MPar máximo

I exc. máx

δ1 δ2

100 A

80 A

60 A

Mc

Q2 < Q1δ 2 > δ1

Potencia

Par

Q

12Pc

Q2 Q1

δ = 90 º

Limite teórico de estabilidad δ = 90 º

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Máquina Síncrona. Límites defuncionamiento.

• Limitación mínima excitaición• Limite corriente de estator• Límite corriente de rotor• Limite potencia activa

P

Q

1

2

3

4

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Máquina Síncrona rotor liso.

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Máquina Síncrona polossalientes.

• Limitación mínima excitaición• Limite corriente de estator• Límite corriente de rotor• Limite potencia activa• Corriente de excitación nula.

P

Q

1

2

3

4

5

3 Eo U senδ 3 U (Xd-Xq) sen 2δP = + Xd 2 Xd Xq

Potencia

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Máquina Síncrona polossalientes.

RECTIFICADORES.

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Conceptos básicos deRectificadores.

Diodo

Tiristor

IGBT

Tensión Entrada Tensión Salida

α

Ángulo de disparo

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Conceptos básicos de Rectificadores.Disparo Tiristores.

Pulsos de disparo tiristores Tensión de salida del puente

CONCEPTOS BASICOSDE REGULACION.

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Conceptos básicos de regulación.Control en lazo abierto.

Sistema

Variable a regularVariable manipulable

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Conceptos básicos de regulación.Control en lazo cerrado.

Regulador SistemaConsigna

Perturbación

Variable a regular

Variable manipulable

Regulador+-

SISTEMAS DEEXCITACIÓN.

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SISTEMAS DE EXCITACION

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Clasificación de los sistema de excitación.Tipo de alimentación al campo principal.

•DIRECTAS (Estáticas)

•INDIRECTAS (Con excitatriz)

•Excitatriz de Corriente Alterna y diodos rotátivos (Brushless)

•Excitatriz de Corriente Alterna y diodos estacionarios

•Excitatriz de Corriente Continua.

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Clasificación de los sistema de excitación.Tipo de alimentación al rectificador

•Desde bornas del generador (Shunt).

•Sin compundaje

•Compundanje serie

•Compundanje vectorial

•Excitación forzada

•Desde barras seguras.

•Generador de imanes permanentes. (PMG)

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Tipos de excitaciones.Tipo de alimentación al campo principal.

•Excitación indirecta con excitatriz rotativa.

•Excitación (directa) estática.

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Tipos de excitacionesindirectas.

•Excitación sin escobillas con diodos rotativos y excitatrizde alterna

•Excitatriz de alterna con diodos no giratorios

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Tipos de excitacionesindirectas.

•Excitatriz decorriente continua

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Tipos de alimentación de laexcitación.

•Desde bornas del generador.

•Desde barras seguras.

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Tipos de alimentación de laexcitación.

•Generador de imanespermentes.

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Tipos de alimentación de laexcitación.

•Compundaje serie.

•Compundaje vectorial.

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Tipos de alimentación de laexcitación.

•Excitación forzada contransformador de compundaje.

•Excitación forzadacon baterias

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Generador con excitaciónestática

La excitación ataca directamente al rotor.Tiene escobillas y anillos

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Generador con excitación sinescobillas

1 Polos excitatriz

1

2

3

4

5

2 Parte giratoria excitatriz

3 Diodos rotativos

4 Polos máquina principal

5 Estator máquina principal

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Generador con excitación sinescobillas

4 Polos máquina principal

2 Parte giratoria excitatriz

3 Diodos rotativos

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Generador con excitaciónalimentada por PMG

La excitación es alimentada por un generador de imanes permanentes.Este generador está acoplado al eje directamente o a través de una reductora.

Generador imanes permanentes

Cojinete

Sondas de temperaturaen metal y aceite. (Pt 100)

AVR

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Generador con excitatriz decorriente continua.

REGULADOR DETENSIÓN.

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Esquema básico de unregulador de tensión.

U

-Consigna

U+

PID+

-

Acondicionamientoseñal

R

L

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Regulación de tensión.

Consigna

Tensión de grupo

Salida regulador

Corriente campo

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Canal manual.

-Setpoint

If+

PI+

-PI regulator Pulse generator

Controlled Rectifier

U/Un

1

If0 Ifn

Atención con operar en manual

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Regulación Reactiva.(regulación sobreimpuesta)

P

Q

U

-+

PID

+

-

I

=

PI

+ -

Q Setpoint

Q

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Regulación de Factor de potencia.(regulación sobreimpuesta)

Q

P

U

-+

PID

+

-

I

=

PI

+ -

FP Setpoint

PF

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Condiciones de activaciónregulación sobreimpuesta.

-

+

-PI

+

-Consigna

Energía reactiva

Q

+PID Generador Red

Lazo regulación tensión

Lazo regulación de reactiva

Otras señalesal punto suma

&

Interruptor grupo cerradoInterruptor de red cerrado

No limitadoresSelección regulador

Perturbaciones en la redConexión y desconexión bruscas de cargasCortocircuitos...

Lazo regulación tensión

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Secuencia de Arranque/Parada.

rpm

kV

MW

MVAr

ReguladorVelocidad

Reguladortensión

Sincronizador Cierre interruptor

grupo

Reguladorreactiva

LIMITADORES.

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Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 48

LIMITADORES

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Limitación corriente deexcitación.

If/Ifn

t [s ]

1,6

1,05

3 s

Etapa instantánea 160 % 3sRégimen permanente 105 %Curva térmica

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Limitación corriente de estator.

P

Q

Reducir excitaciónAumentar excitación

Zona de funcionamiento subexcitada

Zona de funcionamiento sobreexcitada

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Limitación mínima excitación.

P

QQ

θ

Relé de pérdidade excitación

Limitadormínima

excitación

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Limitación V/Hz.

E = 4,44 N f K If

Limites de funcionamiento V/Hz.(en zonas próximas de la velocidad nominal)

U/Un

Hzrpm

1

50

1

Limites de funcionamiento V/Hz.(durante el arranque de la máquina)

CONFIGURACIÓN DEREGULADORES YRECTIFICADORES.

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Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 54

Redundancia de Reguladores.

•Monocanal con regulador manual

AVR

ReferenciaAUTO

ReferenciaMANUAL

Generación de pulsos

•Doblecanal Automático- Manual

AVR

ReferenciaAUTO

ReferenciaMANUAL

Generación de pulsos

Generación de pulsos

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Redundancia de Reguladores.

•Doblecanal Automático.

AVR

ReferenciaAUTO

Generación de pulsos

AVR

ReferenciaAUTO

Generación de pulsos

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Redundancia de Rectificadores.

•Rectificador único. (sin redundancia)

Generación de pulsos

•Dos Rectificadores en paralelo. (1+1)

Generación de pulsos

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Redundancia de Rectificadores.

•Varios Rectificadores en paralelo. (n-1)

Generación de pulsos

Amplificador de impulsos

Amplificador de impulsos

Amplificador de impulsos

Amplificador de impulsos

OTROS EQUIPOSASOCIADOS.

20042004

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Tipos de Cebado.

Cebado DC

Cebado AC

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Cebado.

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Cebado y Arranque suave.

Final del cebado

Sobrepaso nulo

Tensión de grupo

Salida regulador

Corriente campo

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Protección de diodos rotativos.

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Protección de diodos rotativos.Diodo abierto.

≈

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 64

Protección de diodos rotativos.Diodo en cortocircuito.

≈

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 65

Protección de sobretensión rotor.

R

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 66

Protección de sobretensión rotor.

R

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Equipo de Desexcitación.

RUf

If Operación normal

RUf

IfCierre polo auxiliar(solape)

R

IfApertura polos principales

Polo auxiliar(con solape)

Polos principales

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SINCRONIZACION

SINCRONIZACION.

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Condiciones de cierre delinterruptor

• Igualdad de módulos de tensión (regulador de tensión)• Igualdad de frecuencias (regulador de velocidad)• Igualdad de fase

Voltímetro doble

Frecuencímetro doble

Sincronoscopio

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Circuito equivalente

GENERADOR

Xgen XredXtrafo

REDTRAFO

Egen Ered+ +

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Cierre del interruptor

GENERADOR

Xgen XredXtrafo

REDTRAFO

Egen EredI

I = Egen - Ered

Xgen + Xtrafo + Xred

+ +

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Generador supersíncrono

Tensión del Generador

Tensión de Red

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Oposición de polos

Ered

Egen

δ

I = Egen - Ered

Xgen + Xtrafo + Xred

-100

-50

0

50

100

Atención polaridad de los trafos de tensión

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Flujo de potencia activa

Ered

Egen

δ

Potencia Transmitida

P = Sen δ Ered x Egen

Xgen + Xtrafo+ Xred

• Corrientes elevadas• Desequilibrios en la red• Pérdida de vida del eje

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Sincronización manual

SubirTensión

BajarTensión

SubirVelocidad

BajarVelocidad

CERRAR

ABRIR

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Sincronización automática

TensiónRED

Tensión GRUPO

Tensión

+-

Velocidad

+-

Orden

Cierre delinterruptor

IUI

IUI

PID

PIDα

dαdt

&

∆U

∆s

α

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Máquina Síncrona. Ecuacionesbásicas mecánicas.

Mmotor - Meléct = J ( dΩ / dt)

Meléct Par eléctricoMmotor Par motorJ Momento de inerciaΩ Velocidad angular

Ω

Mmotor Meléct

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