curso de excitaciones la robla

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Regulación de tensión y Sistemas de Excitación. José Quintario 2004 2004

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Page 1: Curso de Excitaciones La Robla

Regulación de tensióny Sistemas de Excitación.

José Quintario

20042004

Page 2: Curso de Excitaciones La Robla

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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

Page 3: Curso de Excitaciones La Robla

MAQUINASSINCRONAS.

20042004

Page 4: Curso de Excitaciones La Robla

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Máquina Síncrona.

Rotores

Estator

Page 5: Curso de Excitaciones La Robla

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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

Page 6: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 6

Máquina Síncrona. Ecuacionesbásicas mecánicas.

Mmotor - Meléct = J ( dΩ / dt)

Meléct Par eléctricoMmotor Par motorJ Momento de inerciaΩ Velocidad angular

Ω

Mmotor Meléct

Page 7: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 7

Máquina Síncrona. Curva devacio.

E = K1 K2 n If

E=K If

Codo saturación

Page 8: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 8

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

Page 9: Curso de Excitaciones La Robla

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Máquina Síncrona. Modeloequivalente.

Eo

U Xd I

I

δ

φ

Xd I Cos φ

Xd I Sen φ

φ

Page 10: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 10

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

Page 11: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 11

Máquina Síncrona. Diagramade Potencias.

P

Q

Circunferencias de Corriente de estator constante

Circunferencias de Corriente de rotor constante

Page 12: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 12

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

Page 13: Curso de Excitaciones La Robla

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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

Page 14: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 14

Máquina Síncrona rotor liso.

Page 15: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 15

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

Page 16: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 16

Máquina Síncrona polossalientes.

Page 17: Curso de Excitaciones La Robla

RECTIFICADORES.

20042004

Page 18: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 18

Conceptos básicos deRectificadores.

Diodo

Tiristor

IGBT

Tensión Entrada Tensión Salida

α

Ángulo de disparo

Page 19: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 19

Conceptos básicos de Rectificadores.Disparo Tiristores.

Pulsos de disparo tiristores Tensión de salida del puente

Page 20: Curso de Excitaciones La Robla

CONCEPTOS BASICOSDE REGULACION.

20042004

Page 21: Curso de Excitaciones La Robla

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Conceptos básicos de regulación.Control en lazo abierto.

Sistema

Variable a regularVariable manipulable

Page 22: Curso de Excitaciones La Robla

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Conceptos básicos de regulación.Control en lazo cerrado.

Regulador SistemaConsigna

Perturbación

Variable a regular

Variable manipulable

Regulador+-

Page 23: Curso de Excitaciones La Robla

SISTEMAS DEEXCITACIÓN.

20042004

Page 24: Curso de Excitaciones La Robla

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SISTEMAS DE EXCITACION

Page 25: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 25

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.

Page 26: Curso de Excitaciones La Robla

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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)

Page 27: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 27

Tipos de excitaciones.Tipo de alimentación al campo principal.

•Excitación indirecta con excitatriz rotativa.

•Excitación (directa) estática.

Page 28: Curso de Excitaciones La Robla

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Tipos de excitacionesindirectas.

•Excitación sin escobillas con diodos rotativos y excitatrizde alterna

•Excitatriz de alterna con diodos no giratorios

Page 29: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 29

Tipos de excitacionesindirectas.

•Excitatriz decorriente continua

Page 30: Curso de Excitaciones La Robla

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Tipos de alimentación de laexcitación.

•Desde bornas del generador.

•Desde barras seguras.

Page 31: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 31

Tipos de alimentación de laexcitación.

•Generador de imanespermentes.

Page 32: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 32

Tipos de alimentación de laexcitación.

•Compundaje serie.

•Compundaje vectorial.

Page 33: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 33

Tipos de alimentación de laexcitación.

•Excitación forzada contransformador de compundaje.

•Excitación forzadacon baterias

Page 34: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 34

Generador con excitaciónestática

La excitación ataca directamente al rotor.Tiene escobillas y anillos

Page 35: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 35

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

Page 36: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 36

Generador con excitación sinescobillas

4 Polos máquina principal

2 Parte giratoria excitatriz

3 Diodos rotativos

Page 37: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 37

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

Page 38: Curso de Excitaciones La Robla

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Generador con excitatriz decorriente continua.

Page 39: Curso de Excitaciones La Robla

REGULADOR DETENSIÓN.

20042004

Page 40: Curso de Excitaciones La Robla

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Esquema básico de unregulador de tensión.

U

-Consigna

U+

PID+

-

Acondicionamientoseñal

R

L

Page 41: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 41

Regulación de tensión.

Consigna

Tensión de grupo

Salida regulador

Corriente campo

Page 42: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 42

Canal manual.

-Setpoint

If+

PI+

-PI regulator Pulse generator

Controlled Rectifier

U/Un

1

If0 Ifn

Atención con operar en manual

Page 43: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 43

Regulación Reactiva.(regulación sobreimpuesta)

P

Q

U

-+

PID

+

-

I

=

PI

+ -

Q Setpoint

Q

Page 44: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 44

Regulación de Factor de potencia.(regulación sobreimpuesta)

Q

P

U

-+

PID

+

-

I

=

PI

+ -

FP Setpoint

PF

Page 45: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 45

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

Page 46: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 46

Secuencia de Arranque/Parada.

rpm

kV

MW

MVAr

ReguladorVelocidad

Reguladortensión

Sincronizador Cierre interruptor

grupo

Reguladorreactiva

Page 47: Curso de Excitaciones La Robla

LIMITADORES.

20042004

Page 48: Curso de Excitaciones La Robla

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

LIMITADORES

Page 49: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 49

Limitación corriente deexcitación.

If/Ifn

t [s ]

1,6

1,05

3 s

Etapa instantánea 160 % 3sRégimen permanente 105 %Curva térmica

Page 50: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 50

Limitación corriente de estator.

P

Q

Reducir excitaciónAumentar excitación

Zona de funcionamiento subexcitada

Zona de funcionamiento sobreexcitada

Page 51: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 51

Limitación mínima excitación.

P

QQ

θ

Relé de pérdidade excitación

Limitadormínima

excitación

Page 52: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 52

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)

Page 53: Curso de Excitaciones La Robla

CONFIGURACIÓN DEREGULADORES YRECTIFICADORES.

20042004

Page 54: Curso de Excitaciones La Robla

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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

Page 55: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 55

Redundancia de Reguladores.

•Doblecanal Automático.

AVR

ReferenciaAUTO

Generación de pulsos

AVR

ReferenciaAUTO

Generación de pulsos

Page 56: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 56

Redundancia de Rectificadores.

•Rectificador único. (sin redundancia)

Generación de pulsos

•Dos Rectificadores en paralelo. (1+1)

Generación de pulsos

Page 57: Curso de Excitaciones La Robla

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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

Page 58: Curso de Excitaciones La Robla

OTROS EQUIPOSASOCIADOS.

20042004

Page 59: Curso de Excitaciones La Robla

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Tipos de Cebado.

Cebado DC

Cebado AC

Page 60: Curso de Excitaciones La Robla

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Cebado.

Page 61: Curso de Excitaciones La Robla

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Cebado y Arranque suave.

Final del cebado

Sobrepaso nulo

Tensión de grupo

Salida regulador

Corriente campo

Page 62: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 62

Protección de diodos rotativos.

Page 63: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 63

Protección de diodos rotativos.Diodo abierto.

Page 64: Curso de Excitaciones La Robla

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

Protección de diodos rotativos.Diodo en cortocircuito.

Page 65: Curso de Excitaciones La Robla

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

Protección de sobretensión rotor.

R

Page 66: Curso de Excitaciones La Robla

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

Protección de sobretensión rotor.

R

Page 67: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 67

Equipo de Desexcitación.

RUf

If Operación normal

RUf

IfCierre polo auxiliar(solape)

R

IfApertura polos principales

Polo auxiliar(con solape)

Polos principales

Page 68: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 68

SINCRONIZACION

Page 69: Curso de Excitaciones La Robla

SINCRONIZACION.

20042004

Page 70: Curso de Excitaciones La Robla

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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

Page 71: Curso de Excitaciones La Robla

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Circuito equivalente

GENERADOR

Xgen XredXtrafo

REDTRAFO

Egen Ered+ +

Page 72: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 72

Cierre del interruptor

GENERADOR

Xgen XredXtrafo

REDTRAFO

Egen EredI

I = Egen - Ered

Xgen + Xtrafo + Xred

+ +

Page 73: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 73

Generador supersíncrono

Tensión del Generador

Tensión de Red

Page 74: Curso de Excitaciones La Robla

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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

Page 75: Curso de Excitaciones La Robla

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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

Page 76: Curso de Excitaciones La Robla

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Sincronización manual

SubirTensión

BajarTensión

SubirVelocidad

BajarVelocidad

CERRAR

ABRIR

Page 77: Curso de Excitaciones La Robla

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Sincronización automática

TensiónRED

Tensión GRUPO

Tensión

+-

Velocidad

+-

Orden

Cierre delinterruptor

IUI

IUI

PID

PIDα

dαdt

&

∆U

∆s

α

Page 78: Curso de Excitaciones La Robla

Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 78

Máquina Síncrona. Ecuacionesbásicas mecánicas.

Mmotor - Meléct = J ( dΩ / dt)

Meléct Par eléctricoMmotor Par motorJ Momento de inerciaΩ Velocidad angular

Ω

Mmotor Meléct

Page 79: Curso de Excitaciones La Robla

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