t09-turboalternador
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TRANSCRIPT
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Generador Sincrnico
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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Turboalternador
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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Hidroalternador
Pelton
Francis Kaplan
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Proceso de Bobinado de un Estator de un Generador Sincrnico
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Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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Sistema de excitacin bsico (electromecnico)
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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Sistema de excitacin bsico (electromecnico)
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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= = + +
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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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
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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Reaccin transversal
Reaccin Demagnetizante Reaccin Magnetizante
Reaccin de armadura del GS
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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
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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
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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
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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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
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
Mtodo de Potier
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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
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
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)
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
Fo debe vencer la fa e inducir E en la armadura con la fres
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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)
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
Fo debe vencer la fa e inducir E en la armadura con la fres
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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
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Determinacin de la regulacin de tensin (mtodo de Potier)
Datos del Generador: Ra xp keFa
Datos de la carga:Ia U cos
Eo
Dr. Ing. Mario Guillermo Macri
0% 100nn
E UuU
=
Eo Se obtiene grficamente
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