LOS SISTEMAS DE REGULACIN DE VELOCIDAD EN UNSISTEMA ELCTRICO DE POTENCIA

Un sistema elctrico de potencia est expuesto a perturbaciones de diferentenaturaleza que afectan directamente en mayor o menor grado a su estabilidad.

Para mantener la estabilidad es necesario controlar los flujos de potencia activay reactiva ,la magnitud del voltaje, la frecuencia y los ngulos de los rotores de las mquinas.

La potencia elctrica que un generador entrega al sistema depende de su potencia mecnica controlada por el regulador de velocidad. El regulador es un sistema de control que a partir de las variaciones de velocidad enva seales que controlan la apertura o cierre de vlvulas provocando variaciones de potencia mecnica de la turbina que compensen las variaciones de potencia elctrica.

Cuando se producen cambios bruscos de carga o cualquier tipo de perturbacin la frecuencia del sistema tiende a alejarse de su valor especificado. El valor de desviacin constituye la seal de entrada de los sistemas reguladores de velocidad.

La caracterstica de estado estable potencia-frecuencia de un generador puedeser aproximadamente representada como se indica en la figura 1:

Fig.1: Caracterstica Potencia FrecuenciaCuya ecuacin en estado estable es:

Donde f es un cambio de la frecuencia asociado con un cambio pequeo P enla generacin. R es el estatismo permanente, idealmente constante y dependede las caractersticas del regulador de velocidad.

La relacin 1/R conocida como energa regulante es de mayor significacin ya que representa la contribucin en potencia de la mquina cuando la frecuencia cambia.

Cuando un generador alimenta una carga, la frecuencia es controlada medianteel sistema regulador de velocidad de acuerdo a su caracterstica de regulacin.

En un sistema en que varias unidades de generacin estn operando y seproduce una variacin de carga, sta es repartida entre todos los generadoresde acuerdo a las caractersticas de cada regulador donde aquellos generadorescuyos reguladores tienen una caracterstica con menor pendiente son los quetoman ms carga; cuando se produce un incremento de carga el sistemaadquiere una frecuencia final menor que Ja que tena antes de producirse elcambio.

1. DESCRIPCIN FUNCIONAL DEL SISTEMA DE REGULACIN DE VELOCIDAD

Los reguladores de velocidad de generadores, especialmente los reguladores mecnicos de bolas flotantes, han sido usados desde hace ms de 100 aos; seutilizaron en los diseos de mquinas de vapor como dispositivos de control de velocidad del siglo 19. Sin embargo, se mejoraron estos reguladores y sus diseos empezaron a experimentar problemas con la inestabilidad y la oscilacin durante su operacin.Los primeros reguladores fueron los centrfugos y los iscronos y aparecieron por el ao 1853. Muchos cientficos importantes de la era como Maxwell, Chebyshev, Thompson y otros trataron este problema; a alguno de esos trabajos se le acredit como el origen del control automtico.

DESCRIPCIN FUNCIONAL

En un sistema turbina - generador, el regulador opera mediante un transductorde velocidad y uno o ms amplificadores de seales. En la figura 2 se muestra el sistema para una turbina de vapor. El regulador de velocidad tiene la posicin de salida proporcional a la velocidad. Sin embargo, la fuerza con la cual se controla esta posicin es, muy pequea y la fuerza debe ser amplificada, este es el propsito del servomotor.

Fig.2: Diagrama de velocidad del sistema de regulacin de velocidad.

El transductor de velocidad o regulador de velocidad puede ser mecnico, hidrulico o elctrico. En la figura 3 se muestran tres ejemplos de reguladores de bolas flotantes concebidas en diferentes diseos.

Los tres tienen los mismos componentes esenciales: pesos flotantes, resorte de restablecimiento (resorte de velocidad), y eslabn mecnico para ajustar la posicin as como los cambios de velocidad.Otros diseos de reguladores son los sistemas electro - hidrulicos, que tienenalta sensibilidad y rpida respuesta.

Fig.3: Ejemplo de reguladores mecnicos de bolas flotantes.

Fig.3: Ejemplo de reguladores mecnicos de bolas flotantes.

El siguiente anlisis est basado en el regulador mecnico de bolas flotantes,porque los dispositivos mecnicos son ms fciles de entender y analizar.

En la mayora de los casos, las ecuaciones pueden ser deducidas de otros tipos de reguladores, el objetivo es deducir un modelo matemtico tpico para un mejor entendimiento del regulador as como los componentes del sistema de control y permitir un anlisis del sistema similar al de la figura 3.

2. TIPOS DE REGULADORES

REGULADOR DE BOLAS FLOTANTES

Si se considera el regulador de bolas flotantes como el que se muestra en la figura 2.5 y si se desprecia la fuerza de La gravedad, entonces existen dos fuerzas que actan sobre las bolas flotantes; una fuerza F debida a la fuerza centrfuga y otra fuerza interna dirigida hacia adentro debido al resorte de velocidad.

Si el dispositivo es armado de tal forma que el desplazamiento en forma de campana de los codos sea de igual longitud que las deflexiones x y x1, entonces se facilita la determinacin de las respectivas ecuaciones que representan este sistema fsico.

Fig.4: Regulador de bolas flotantes

REGULADOR ISOCRONO

La fuerza amplificadora usualmente se la obtiene mediante un amplificador hidrulico.

Fig.5: Regulador Iscrono