14Generador Sncrono TrifsicoI. INTRODUCCIONEs la mquina ms utilizada para las grandescentrales elctricas: trmicas, idrulicas !nucleares. "a #el$cidad de la mquinas%ncr$na est r%gidamente #inculada c$nla&recuencia& delared, seg'nn()*&+p,n:#el$cidad, p: pares de p$l$s-..u us$ a/itualesc$m$generad$raunqueesp$si/lec$m$m$t$r ,/$m/e$ idrulic$- ! c$m$c$mpensad$r de &act$r de p$tencia,c$mpensad$r s%ncr$n$-. E0isten mquinas dep$l$s salientes ,idrulica, lentas- ! r$t$r lis$,trmicas ! nucleares, rpidas-.Ventajas1 C$ntr$l de p$tencia acti#a !reacti#a enredes de c$rriente alterna.1 .istema de e0citaci2n de &cil c$ntr$l,c$rriente c$ntinua-.Inconvenientes1 3$lumin$sas ! caras.1 "auni2nr%gidaala&recuenciadelaredpuede ser un inc$n#eniente.II. DE.4RRO""OEl generad$r sincr2nic$ tri&sic$ $ alternad$res la mquina que se utiliza en las centraleselctricas ,Tur/$alternad$r- $ /ien c$m$sistema aut2n$m$ de generaci2n ,5rup$electr2gen$-. Es una mquina c$mpuesta p$r d$s partes: Una fija o estator:C$nstituid$ p$r un paquete de capas magnticas c$n&$rmand$ un cil%ndr$ c$n una serie de ranuras l$ngitudinales, s$/re las cuales estn c$l$cad$s c$nduct$res, c$nectad$s entre s%, de &$rma tal de crear un c$n6unt$ de /$/inas. Una parte mvil o rotor:U/icada dentr$ del estat$r ! que c$nsiste enun electr$imn alimentad$ p$r c$rrientec$ntinua. El gir$ del r$t$r se pr$ducemediante una mquina impuls$ra ,7$t$rDisel, tur/inade#ap$r, degas, idrulica,e2lica-, quemantieneuna#el$cidadangularc$nstante. "a alimentaci2n del electr$imn sel$graatra#sdeunpardeanill$sr$zantesque permitenla c$ntinuidadelctrica entreuna parte &i6a ! una parte m2#il."$s alternad$res deciertap$tenciacuentanc$n e0citatriz, que es a su #ez un generad$rdec$rrientealternatri&sic$,cu!$induct$rest m$ntad$ s$/re el estat$r del alternad$r !el inducid$ s$/re el r$t$r-, en cu!a salida seencuentra un recti&icad$r tri&sic$, quealimenta el electr$imn, c$n l$ cual se e#itanl$s anill$s menci$nad$s, que $casi$nanprdidas en l$s mism$s !desgaste de l$scar/$nes.14Sistemas de excitacin"$sgenerad$ress%ncr$n$sp$seend$stip$sde e0citaci2n, c$m$ s$n: Excitacin esttica o directaC$nsisteenqueel de#anad$decamp$delr$t$r es alimentad$ desde una &uente dealimentaci2n a trans&$rmad$r ! recti&icad$resque t$ma la tensi2n ! c$rriente de salida delestat$r. Es un sistema c$n aut$rregulaci2nintr%nseca, de/id$ a que el trans&$rmad$rp$see d$s de#anad$s primari$s que sec$nectan en paralel$ ! en serie c$n l$s /$rnesde salida del estat$r, lueg$ este trans&$rmad$rreduce la tensi2n de salida a una ms /a6a quese recti&ica ! se aplica en el r$t$r p$r medi$de esc$/illas ! anill$s deslizantes.4 su #ez la e0citaci2n esttica se di#ide en:-Autoexcitadoestepr$p$rci$naunsistemade respuesta ms rpida, su aplicaci2n es msc$m'n en grandes generad$res, su e0citaci2nes aut2n$ma e0cept$ en el arranque.-Independienteaqu% la'nicadi&erenciaesque la alimentaci2n es de una &uente detensi2n independiente al sistema. Excitacin dinmica o indirecta"a &uente c$ntinua es un recti&icad$r n$c$ntr$lad$ situad$ en el mism$ r$t$ralimentad$ en alterna p$r un generad$rsituad$ tam/in en el mism$ e6e ! cu!$/$/inad$ de camp$ es e0citad$ desde unrecti&icad$rc$ntr$lad$querecti&icalase8algenerada p$r el gir$ de un$s imanespermanentes situad$s en el mism$ r$t$r ,quec$nstitu!en la e0citatriz pil$t$ de alterna-.!e"ulacin de voltajeUna manera de c$mparar el c$mp$rtamient$ del #$lta6e del generad$r es c$n la regulaci2n de #$lta6e ,3R-. "a cual se de&ine c$m$VR=VnlV flVfl10014D$nde93nl( es el #$lta6e del generad$r en #ac%$.3&l( es el #$lta6e del generad$r a plena carga.1 Un generad$r s%ncr$n$ que $pera c$n &act$rde p$tencia en atras$ tiene una regulaci2n de#$lta6e p$siti#a mu! grande.1 Un$ que $pere c$n &act$r de p$tenciaunitari$, p$see una regulaci2n de #$lta6ep$siti#a peque8a.1 :si $pera c$n &act$r de p$tencia enadelant$ tiene una regulaci2n #$lta6enegati#a.#otencia activa"a p$tencia acti#a, se de&ine c$m$ lacantidad de energ%a elctrica $ tra/a6$, que setransp$rta $ que se c$nsume en unadeterminada unidad de tiemp$ ! quee&ecti#amente se apr$#eca c$m$ p$tencia'til !a que es el tra/a6$ que la c$rrienteelctrica es capaz de realizar.; ( 3 < I < C$s =>?D$nde:;;$tenciaacti#a,#ati$s-.3Di&erencia se p$tencial,#$lti$s-. I Intensidad ,amperi$s-.3al$r medi$enunperi$d$delap$tenciainstantneaquea/s$r/eunm'ltipl$deunared elctrica sinus$idal. .u unidad es el #ati$,de s%m/$l$ @.Aact$r de p$tencia, de un circuit$ de c$rrientealterna, c$m$la relaci2nentre la p$tenciaacti#a, ;,!lap$tenciaaparente, ., $/ienc$m$el c$sen$del ngul$que&$rmanl$s&as$res de la intensidad ! el #$lta6e,designnd$se en este cas$ c$m$ c$s=, siend$= el #al$r del ngul$.$recuencia el%ctrica"a&recuenciadelaredesel resultad$delequili/ri$entrelageneraci2n!el c$nsum$en tiemp$ real. Requiere un a6ustepermanente de la generaci2n para adaptarse ala demanda. Ell$ se lle#a a ca/$ gracias a laregulaci2n primaria, secundaria ! terciaria,cada una actuand$ a distint$s $riz$ntestemp$rales.&ontrol de #otencia ' $recuenciaEl satis&acer la demanda actual c$n lageneraci2n es un pr$/lema de c$n#ersi2n deenerg%a, quein#$lucra#aria/leelctricas !mecnicas, la di&erencia en tiemp$s deactuaci2n ! en tiemp$s de repuestas entre lasd$s tip$s de #aria/les, $riginan #ariaci$nes enla #el$cidad de las maquinas ! p$r tant$,#ariaci$nes de &recuencias.El $/6et$ /sic$ ! primari$ en $peraci$nes desistemas de p$tencia es el de mantener el/alance entre la maquinas de generaci2n ! elc$nsum$ t$tal, la #el$cidad del sistema ,&- $msespec%&icamenteuncam/i$enellasesun indicati#$ rpid$ de que el /alance n$ estsiend$ satis&ec$.Una &recuencia estaci$naria, a cualquier #al$rque permanezca, indica una igualdad entre lageneraci2n ! la carga, una &recuencia que esteacelernd$sesigni&icaquelageneraci2nesms alta que la carga.Una &recuencia que este desacelernd$sesigni&ica que la generaci2n es ms /a6a que lacarga."a&recuencia de la $nda de tensi2n, al igualque su #al$r e&icaz, es un$ de l$s parmetr$squede/epermanecer dentr$de un$sl%mitesestrict$sparaqueel suministr$elctric$serealice en c$ndici$nes de calidad acepta/les.3ariaci$nes de &recuencia de la &recuenciaale6adas del #al$r n$minal pueden pr$#$car el14mal &unci$namient$ de equip$s industriales $d$mstic$s. ;$r e6empl$, algun$s m$t$respuedendarse&$rzad$sagirara#el$cidadesdistintas de aquella para la que &uer$ndise8ad$s, est$s m$t$res que n$ &unci$nen ala&recuenciaespeci&icadap$r el pr$duct$r.Tendern a s$/recalentarse ! da8arse, !rel$6es ! aut$matism$s que miden el tiemp$en&unci2ndela&recuenciadealimentaci2npueden adelantar $ atrasar."a &recuencia de un sistema elctric$ estestrecamente relaci$nada c$nel equili/ri$entre generaci2n ! carga. En rgimenpermanente, t$d$s l$s generad$ressincr2nic$s de una red elctrica &unci$nan ensincr$nism$, es decir, la &recuencia de gir$ decualquiera de ell$s multiplicada p$r eln'mer$ de p$l$s es precisamente la&recuencia elctrica del sistema. 7ientraspersiste el rgimen permanente, el paracelerad$ aplicad$ p$r cada tur/ina s$/recada generad$r sincr2nic$ es igual,desc$ntand$ las perdidas, al parelectr$magntic$ que tiende a &renar lamquina. .i en un m$ment$ dad$ aumenta lacarga, es decir la p$tencia elctricademandadaenel sistema, ent$ncesaumentael par electr$magntic$enl$s generad$res,est$sc$mienzana&renarse, !la&recuenciaelctrica disminu!e pr$gresi#amente.Otra &$rma de c$nsiderar esta dependencia esentrmin$sde/alanceenergtic$. 7ientrasunsistema$peraenrgimenpermanente, lap$tenciamecnicaentrantealsistemadesdelas tur/inases igual alap$tenciaelctricac$nsumida p$r las cargas, desc$ntand$perdidas. .i lap$tenciaelctricac$nsumidap$r las cargas aumenta, per$ la p$tenciamecnica ap$rtada p$r las tur/inas permanecec$nstante, el increment$ de demanda s$l$puede $/tenerse de la energ%a cinticaalmacenada en las maquinas r$tati#as. "areducci2n de la energ%a cintica en l$sgenerad$res sincr2nic$s equi#ale a ladisminuci2n de su #el$cidad de gir$, de m$d$que cae la &recuencia elctrica del sistema. "a&igura muestra el esquema /sic$ de ungenerad$r .%ncr$n$ c$n una tur/ina quepuedeser de#ap$r, degas $deagua. "a#l#ula de admisi2n de la tur/ina permiteregular el &lu6$ integrante de la misma !, p$rl$ tant$, la p$tencia mecnica ap$rtada elgenerad$r .%ncr$n$.Enla&igurasepueden#erselasprincipales#aria/les in#$lucradas en el c$ntr$l de&recuencia p$tencia. Est$ indica la imp$rtancia $ necesidad de unsistema de c$ntr$l que regule la p$tenciamecnica entrante a l$s generad$ressincr2nic$s, de manera que la &recuencia delsistema se mantenga esta/le al #ariar lademanda. Este sistema de c$ntr$l,que act'aen t$d$s l$s sistemas elctric$s, trata demantener una &recuencia que depende de cadasistema !quees, $/ienB*Cz ,c$m$enEur$pa-, $ )*Cz ,3enezuela-, la elecci2nentre l$s B* ! )* Cz es ar/itraria ! resp$nde araz$nes ist2ricas que ms adelantecitarem$s. "$s argument$s ms citad$s a&a#$r de una &recuencia /a6a ,B*Cz- s$n: < Increment$ lineal de la inductancia de lasl%neas c$n la &recuencia. < 7e6$ra del &unci$namient$ de l$s m$t$resc$lect$res.< Disminuci2n de la inducci2n entrecircuit$s #ecin$s c$n la c$nsiguiente14reducci2n, p$re6empl$,de las inter&erenciastele&2nicas.: a &a#$r de una &recuencia alta ,)*Cz- s$n: < O/tener una iluminaci2n ms c$ntinua enlas lmparas incandescentes.< Reducci2n de la secci2n de ierr$necesariaenl$scircuit$smagntic$sdel$strans&$rmad$res.Un element$ /sic$ para el c$ntr$l de&recuencia1p$tencia en un sistema elctric$ esel generad$r sincr2nic$. "a tur/ina puede ser de #ap$r, gas,electr2gen$, $ agua. "a #l#ula de admisi2nde la tur/ina permite regular el &lu6$ entrantede la misma ! p$r l$ tant$, la p$tenciamecnica ap$rtada al generad$r sincr2nic$.C$m$ !a menci$nam$s el principal pr$/lemaes que las cargas en el sistema tienenunc$mp$rtamient$ aleat$ri$, $ sea las p$tenciasdemandadasn$s$nc$ntinuasp$r l$tant$a/r inter&erencias en el #$lta6e c$m$ en la&recuencia. 4dems de este pr$/lema de#ariaci2ndedemanda, si lapr$ducci2ndelgenerad$r es ma!$r a la demanda de lascargas se pr$ducir un aument$ de #el$cidadde este ! #ice#ersa.E0isten tres tip$s de #ariaci2n de&recuencia: < 3ariaci$nes lentas de &recuencia. < 3ariaci$nes /ruscas de peque8a amplitud. < 3ariaci$nes /ruscas de gran amplitud."ama!$r%adepr$/lemas sedanencuand$tra/a6anlas &uentes au0iliares $deemergencia, tienden a generar #ariaci$nes enla &recuencia.4lgunas de las principales &unci$nes delc$ntr$l de &recuencia s$n:< .e mantenga el equili/ri$ entre lageneraci2n ! demanda. < .e mantenga la &recuencia de re&erenciaen el sistema.