Investigación del ruido anormal del generador nro. 15 de 700 MW de Casa de Máquinas II de Guri
Generador Sincrónico Máquinas...
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1
Máquinas Sincrónicas
Armengol Blanco
Generador Sincrónico
Máquina sincrónica
Estator Rotor
Estator
Rotor
Estator
Rotor
Estator
Rotor de polos salientes Rotor de polos salientes
2
Rotor cilíndrico Generador Hidráulico
Generador HidráulicoGenerador Sincrónico
Generador de CA Elemental Generador de CA Elemental
3
Máquina Sincrónica
ns velocidad sincrónica rpm f frecuencia Hz p #polos
pf120ns
Rotor
Rotor lizo en alternadores de turbogeneradores
Rotor de polos salientes empleadas en centrales hidráulicas
Rotor lizo de dos polos Rotor de polos salientes
Rotor de polos salientes Inductor de 10 polos
4
Campo Magnético Giratorio
Inducido Fijo Distorsión del campo magnético
Variación del campo magnético Generador Síncrono (Tipos de rotor)
Generador de Rotor Liso (Rotor Cilíndrico)
4 polos
N N
S
S
Generador de Polos Salientes
4 polos
N N
S
S
5
Tipos de Máquinas Síncronas
Inductor fijo (Laboratorio de Máquinas) Inducido móvil
Inductor móvil Inducido fijo (Estator)
Ventajas Constructivas: Inducido fijo e Inductor móvil
Aumento de la resistencia de los dientes del inducido
Ventajas Constructivas: Inducido fijo e Inductor móvil
Reacción de armadura reducida Mejor aislamiento Ventajas constructivas Número de anillos rozantes aislado
Necesarios Ventajas de Ventilación Menores peso e inercia del rotor
Estator
Fabricado de material ferromagnético laminado
El radio interior está ranurado
Estator
Devanado de armadura
Ranura
Ranura abiertaRanura cerradaEstator
Devanado de armadura
Estator
Devanado de armadura
Ranura
Ranura abiertaRanura cerrada
Ranura
Ranura abiertaRanura cerrada
Estator
Por lo general es en el estator donde se ubica el devanado de armadura (devanado trifásico)
El estator de una máquina sincrónica es idéntico al de una máquina de inducción
Estator máquinas sincrónicas
6
Estator máquinas sincrónicas Diferentes máquinas sincrónicas
EstatorRotor
El rotor de la máquina es la parte interior de la máquinaMontado sobre un eje que le permite rotar librementeFabricado de material ferromagnético laminadoSe tienen 2 tipos de rotores: rotor de polos salientes y rotor cilíndrico
Rotor
Por lo general en el rotor se encuentra el devanado de campo, al cual se le aplica corriente directa a través de anillos deslizantes y escobillas cuando la fuente es externa.
Devanado de campo
Polo magnético
Polo magnético
Terminales devanado de
campo
Devanado de campo
Polo magnético
Polo magnético
Terminales devanado de
campo
Rotor
Existen máquinas en donde la fuente de alimentación para este devanado estámontada en el mismo rotor por lo que carece de anillos deslizantes y escobillas
Devanado de campo
Polo magnético
Polo magnético
Terminales devanado de
campo
Devanado de campo
Polo magnético
Polo magnético
Terminales devanado de
campo
7
A) Rotor cilíndrico. B) Rotor de polos salientes
CYLINDRICAL ROTOR
LINES OF MA GNETIC FLUX
Rotor de polos salientes
Rotor de polos salientes: Vertical Rotor de polos salientes: Vertical
Rotor de polos salientes: Vertical Rotor de polos salientes: Horizontal
8
Polo saliente de una máquina sincrónica
Polo saliente de una máquina sincrónica
Devanado de campo
Eje de campo (CD)
Rotor
fI
Entrehierro
Eje de la fase A
Eje de la fase BEje de la fase C
a a’
b’
c’ b
c
Estator
Maquina síncrona de dos polos
Máquina Sincrónica Trifásica
Sistema de excitación Sistema de excitación
FEM inducida
Ne/f Espiras por fase f frecuencia kp factor de paso kd Factor de
distribución ke Factor de hélice a circuitos en
paralelo Flujo
]V[a
kkfkN44.4E edpf/e
Factor de paso: kp
2senk p
y
Paso relativo
y Paso de la bobina
Paso Polar
Armónica
9
Factor de distribución
2qsenq
2qsen
k 1d
mq2senq
m2sen
k 1d
mq2senq
m2qsen
k d
mq
q Ranuras por fase Ángulos entre ranurasm Número de fases
Factor de distribuciónFactor de hélice
Está relacionado con la inclinación de las ranuras respecto al eje del rotor
Normalmente 1 2
2sen
kh
tan
Factor de Hélice Armónicas causadas por las ranuras
10
Armónicas causadas por las ranuras
Armónicas causadas por las ranuras
Armónico de inducción
m3med
3m3med3
1m1med1
B2B
...........................
B3
2B3
B2B
ll
ll
ll
FEMs
1m1mcon
13m13m333con
11m111con
fB2fB2f2
E
....................
fB23fB3
2f2
E
fB2f2
E
ll
ll
l
11513 ff.....,;f5f;f3f
Valor eficaz de la FEM en un conductor
...k...kk1f2
E
...BB
...BB
BB
1E
...EE
...EE
EE
1E
.....E...EEEE
2B
25B
23B11con
2
1con
con
2
1con
5con
2
1con
3concon
2
1con
con
2
1con
5con
2
1con
3concon
2con
25con
23con
21concon
1m
mB
1m
5m5B
1m
3m3B B
Bk....;;
BB
k;BB
k
Ejemplo
Z= 36 ranuras p=4 m= 3 fases y=9 =1 a=1
11
Flujo de dispersión
Flujo de dispersiónGenerador Síncrono de Rotor liso
Diagrama fasorial
EE
La referencia es el voltaje de terminales:
0VV
La magnitud del voltaje interno es proporcional a la corriente de campo:
2ff IM
E
I
E
V
IRa
IjX s
La impedancia de la maquina:
ZjXRZ sa
Circuito equivalente
Ecuación de voltaje del circuito:
IjXRVE sa
)(
aR
E
I
V
sjX
Voltaje interno.E
Donde:
Resistencia de armadura.aRReactancia síncrona.sXVoltaje en terminales.V
Corriente I
12
Generador Síncrono de Rotor lisoPotencia de generación:
IVS
ZVE
ZVEI
0
sen)sen(cos)cos(22
ZVj
ZVEj
ZV
ZVES
Donde:
j
j
ZeVEeI
Donde:
sen)sen(
cos)cos(
2
2
ZV
ZVEQ
ZV
ZVEP
Entonces:
Si aR se desprecia:
90 yjXZ s
Donde:
VEXVQ
XVEP
s
s
cos
sen
Generador Síncrono de Polos Salientes
Potencia de generación:)11(
2)2cos()(
2cos
)2sen()11(2
sen
22
2
qdqd
qd
d
dqd
XXV
XXXXV
XVEQ
XXV
XVEP
S
N
I
E
Eje d
dd XjIV
Eje q
dI
qI
qq XjI
Diagrama fasorial
Curva de Capacidad
• La curva de capacidad de un generador se deriva de manera simplificada sin tomar en cuenta el efecto de saturación y despreciando la resistencia y capacitancia en los devanados.
Curva de Capacidad
• Cuando la máquina síncrona opera en sus valores nominales, es decir; valores a los cuales los devanados y el núcleo alcanzan la temperatura de régimen de diseño, se obtienen las fronteras de la región de operación dentro de la cual la máquina no sufre daño ni envejecimiento prematuro.
Curva de Capacidad del Generador de Rotor Liso
Límite de corriente de campo
sXVE
r
sXVb
a2
0
Recordando:
VEXVQ
XVEP
s
s
cos
sen
222
222
2
222
)()(
)(
rbyax
XVE
XVQP
SQP
ss
Entonces:
Rotor:
),0(2
sXV
m
nomMVA 9.0fp
m
Límite de calentamiento de cabezales o de subexcitación
Q6.0
Límite máximo de la fuente de energía
mecánica
Límite mínimo de la fuente de energía
mecánica
pu1
Límite de corriente en el estator
0
nomnom IVS 3
Estator: Q
Q
P
nomnom IVS 3
e
Límite práctico de estabilidad
h
i
j
Curva de Capacidad del Generador de Polos Salientes
Recordando:
CBAS
jsenXVEjsen
XXXXV
XXVjS
jQPS
dqd
qd
qd
)cos())2cos()2()((2
)11(2
22
nomnom IVS 3
Estator:
Rotor:
)11(2
)2cos()(2
cos
)2sen()11(2
sen
22
2
qdqd
qd
d
dqd
XXV
XXXXV
XVEQ
XXV
XVEP
A B C
)sen()cos(1
q
q
XIVXI
tan
)sen()cos( dXIVE
21
88cos
21
BC
BC
m
Ángulo :
Voltaje interno:
Ángulo máximo :m
13
Curva de Capacidad del Generador de Polos Salientes
Límite practico de estabilidad (margen de 10%)
0
Límite de corriente en el estator
Q
Q
P
A
pu1
nomnom IVS 3
)cos(sen
))2cos()2)(sen((2
)11(2
2
2
jXVEC
jXX
XXVB
XXVjA
CBAS
d
qd
qd
qd
B2
Circulo de reluctancia
Límite de corriente de campo
C
m nomMVA
mm2 Límite teórico de
estabilidad permanente
Límite práctico de estabilidad permanente
10%
Tipos de devanados
Devanado Imbricados: Son generalmente más usados debido a
que las conexiones de cabeza de bobina son más cortas
Devanados Ondulados
Características de los Alternadores Síncronos
Características en vacío Características en cortocircuito Características en carga Características exteriores Características de regulación
Ensayo en Vacío
14
Característica en vacío Ensayo en cortocircuito
Características en cortocircuito Características en cortocircuito
Reactancia Síncrona Reactancia Síncrona
15
Característica V-Ia, If=cte Características Exteriores, Iex=cte
Características de regulación Características de regulación
Curvas en V de un generador síncrono
Cortocircuito
16
Componente simétrica de la falla