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El Generador Sı́nrono
Jesus Diego Santa Cruz Basilio
08 de Setiembre del 2020
Resumen—El presente informe presentará los cálculos para determinar los parámetros del generador sı́ncrono en base a los datos
brindados de las pruebas de vacı́o, cortocircuito y bajo carga inductiva, ası́ como la obtención del diagrama fasorial de Poiter.
Index Terms—Generador sı́ncrono, cortocircuito, carga resistiva e inductiva, factor de saturación, reactancia saturada y no saturada.
F
1.
I NTRODUCTION
D
enominada sı́ncrona debido a que genera un torque
estable a una sola velocidad que se relaciona con la
frecuencia del sistema eléctrico.
Un generador sı́ncrono se define como una máquina rotatoria que es capaz de convertir una energı́a mecánica
en energı́a eléctrica. Ésta se encuentra compuesta de dos
partes: un rotor y un estator. El rotor es la parte móvil del
generador, mientras que el estator es la parte fija.
Esencialmente existen dos tipos de generadores y estos
dependen del tipo de rotor que los conforme, ya sea de polos
salientes o de polos lisos. La aplicación de uno u otro está
en función de diferentes variables como el tipo de planta
generadora, la velocidad sı́ncrona, etc. Por ejemplo, para
una planta hidroeléctrica debido a la baja velocidad, lo más
adecuado es un generador de polos salientes, mientras que,
en plantas termoeléctricas, se ha optado por generadores de
polos lisos debido a que se logran alcanzar velocidades de
3600 rpm.
1.1.
Prueba de vacı́o
La prueba a circuito abierto, o prueba sin carga consiste,
en colocar el Generador en vacı́o, es decir sin carga alguna
en sus bornes, haciéndola girar a su velocidad nominal y
con corriente de campo igual a cero. Al ir aumentando
gradualmente el valor de la corriente de campo, se obtienen
diversos valores de Ef y ya que la corriente que circula
por la armadura siempre será cero Ia = 0 debido que se
encuentra en vacı́o, se obtendrá que Ef = V0 , gracias a
ésta prueba, con los valores obtenidos, se puede formar “La
curva de Caracterı́sticas de Vacı́o” Ef vs if que permite
encontrar la tensión interna generada por una corriente de
campo dada.
La corriente de circuito abierto sigue una relación en lı́nea
recta en tanto el circuito magnético del generador sı́ncrono
no se sature. Debido a que en la región lineal el entrehierro
consume la mayor parte de la FMM, la recta recibe el
nombre de lı́nea del entrehierro. A medida que la saturación
se establece, la corriente de circuito abierto comienza a
desviarse de la lı́nea de entrehierro.
•
Jesus Diego Santa Cruz Basilio, estudiante de Ingenierı́a Eléctrica de la
Universidad Nacional de Ingenierı́a, Lima - Perú.
E-mail: jsantacruzb@uni.pe
1.2.
Prueba de cortocircuito
Como su nombre indica, la prueba de corto circuito
se lleva a cabo con los terminales de la máquina de un
cortocircuito, consiste en llevar nuevamente la corriente
de campo a cero, para luego cortocircuitar los bornes del
generador y proseguir a ir incrementando la corriente de
campo. El procedimiento de ensayo básico es como sigue:
Establezca el campo actual a cero.
Un cortocircuito en los terminales de la armadura.
Accionar el generador a la velocidad sı́ncrona con el
sistema mecánico externo.
Aumentar el devanado de campo en curso hasta que
la corriente de corto circuito de la armadura alcanza
el valor nominal de diseño.
Técnicamente esta prueba se efectúa colocando un amperı́metro en serie con una de las tres lı́neas en cortocircuito.
Se incrementa gradualmente la corriente de campo y se
registra el valor correspondiente de la corriente a corriente
máxima de la armadura en cortocircuito, no debe exceder el
doble de la corriente especificada del generador. Con base
en los datos registrados se calcula la corriente por fase en
el cortocircuito. Cuando esta última se gráfica como función
2
Caracterı́stica bajo Carga Inductiva: V =
f (if ); I = const , cos(ψ) = const f = fn =
const
Para I = In = 5.3A = const , cos(ψ) = 0
de la corriente del campo, la gráfica se llama caracterı́stica
en cortocircuito de un generador. Por razones prácticas, la
corriente de circuito abierto y la corriente de cortocircuito
se trazan en la misma gráfica, Puesto que el voltaje en las
terminales en condiciones de cortocircuito es igual a cero, el
voltaje por fase generado debe ser igual a la caı́da de voltaje
a través de la impedancia sı́ncrona
2.
C UESTIONARIO
1.
Relación de las lecturas tomadas en la experiencia.
Caracterı́stica de Vacı́o V = Ef = f (if ) ;
I = 0 , f = fn = const
V (V )
if (A)
409.1
0.854
380
0.778
342.6
0.674
316.5
0.614
270.6
0.526
242.1
0.454
217
0.402
197.6
0.364
185
0.338
128.1
0.227
2.
V (V)
400.5
380
359.8
330.6
if (A)
1.219
1.166
1.1
1.029
cos(ψ)
0
0
0
0
Trazar las caracterı́sticas de vacı́o, cortocircuito y
factor de potencia cero.
Caracterı́stica de Vacı́o
400
350
300
250
200
150
Caracterı́stica de Corto Circuito Trifásico I = f (if ) ; V = 0 , f = fn = const
I (A)
if (A)
5.78
0.386
5.3
0.356
4.3
0.286
100
0.2
0.4
0.6
0.8
Caracterı́stica de Corto Circuito
5.5
El Generador Sı́ncrono bajo carga
Resistiva (R)
5
V (V )
f (Hz)
if (A)
Vacı́o Inicial
380
60
0.778
Carga 1
380
60
0.818
Carga 2
380
60
0.839
Carga 3
380
60
0.849
Vacı́o Final
400
60
0.849
4.5
0.28
0.3
0.32
0.34
0.36
0.38
3
Caracterı́stica de factor de potencia cero
Reactancia no saturada:
Ef
xd =
Icc
400
xd = √
390
380
3 · 11.53
xd = 19.028
380
Reactancia saturada:
xd∞ =
360
405.8086
xd∞ = √
3 · 11.53
350
xd∞ = 20.32
Relación de cortocircuito:
Icc
Rcc =
IN
340
330
3.
Ef ∞
Icc
370
Rcc =
1.05
1.1
1.15
1.2
Graficar las caracterı́sticas anteriores en un mismo
cuadro en pu.
11.53
5.3
Rcc = 2.175
Factor de saturación:
1
Kud =
Ef ∞
Ef
Kud =
405.8086
380
Kud = 1.068
5.
0.8
0.6
0.4
f dp = 1
0.2
vacı́o
cortocircuito
fdp=0
0
0
4.
A partir de los resultados de 4.3 (conociendo
la resistencia de armadura por fase), trazar los
diagramas fasoriales de Pothier del generador
sı́ncrono operando a tensión y corriente nominal,
para los siguientes factores de potencia: 1, 0,8
inductivo y 0,8 capacitivo. Obtener en cada caso
la f em Ef . La regulación de tensión y excitación
necesaria if .
5 · 10−2
0.1
0.15
0.2
jxd I
E
0.25
A partir de los resultados de 4.2 determinar las reactancias no saturadas y saturadas (xd , xq ), la relación
de cortocircuito (Rcc), el factor de saturación para
tensión y corriente nominal.
De los gráficos, se obtiene:
V
f dp = 0.8 Inductivo
jxd I
E
Ef = 380V
Ef ∞ = 405.8086V
Icc = 11.53A
V
4
f dp = 0.8 Capacitivo
jxd I
E
V
6.
Dar un mı́nimo de 5 conclusiones.
Para determinar el diagrama de Potier para
una máquina de polos salientes es necesario
el valor de xq , el cual no se puede obtener en
esta experiencia debido a que no nos brindan
los valores del “Ensayo de deslizamiento”.
En el cuadro en pu donde se representaron
las diferentes caracterı́sticas se tomó como un
punto adicional el punto (0, 0) para poder
visualizar la tendencia del gráfico en esa zona para posteriormente hacer los cálculos de
Ef ∞ y Icc
La caracterı́stica de vacı́o es importante ya
que ésta se utilizará para el cálculo de los
parámetros de la máquina, ası́ como también
la regulación.
Lo útil de la obtención de las caracterı́sticas
de vacı́o y de cortocircuito es la obtención del
Triángulo Reactivo de Potier con lo cual se
podrá obtener la caracterı́stica bajo carga inductiva ası́ como también hallar la reactancia
de Potier xs .