CONTROL DE EXCITACIÓN DE MAQUINAS SINCRONICAS

CONTROL DE EXCITACIÓN
DE
MAQUINAS SINCRONICAS
Luis Vargas
Primavera 2008
EM 737 FENOMENOS DINAMICOS EN REDES ELECTRICAS
Teoría y Modelos
•1.0
Introducción
•2.0
Descripción física
•3.0
Descripción matemática
•4.0
Circuito equivalente
•5.0
Análisis de régimen permanente
EM 737 FENOMENOS DINAMICOS EN REDES ELECTRICAS
Estructura General
- Máquina eléctrica rotatoria --> Estator y Rotor
- Estator: devanado consistente en espiras agrupadas en tres fases
separadas por 120 °
- Rotor: espiras concentradas en torno a polos y alimentadas con corriente
continua a través del colector
- Formas constructivas: polos salientes (gran importancia para Chile),
rotor cilíndrico
estator
polo saliente
Máquina de Polos Salientes
estator
rotor
Máquina de Rotor Cilíndrico
Fuente:UNIDO
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Generador Síncrono (II)
Embobinado
Rotor
Escobillas
Estator
Excitatríz
+
+-
Embobinado
Estator
Vdc
Anillos
Deslizantes
Corriente de
rotor
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GENERADOR
Líneas de
Campo Magnético
fase B
Va
+
+
+ fase A
fase C
Fuente:PowerLearn
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Generador Síncrono (IV)
Comportamiento Dinámico del Generador
CONTROL DE
EXCITACION
Ir
corriente continua (excitación)
Mm
Momento rotor, Torque
mecánico a través de
operación de turbina
Generador
Síncrono
P
Q
V
f
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Esquema Básico de un Control
de Excitación
VREF
-
Vr
Efd
Excitatríz
REGULADOR
+
Va
GENERADOR
Voltaje de
Salida
+
Efd
-
+-
Vdc
fase B
+
+
fase A
+
PID
Vr
fase C
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Esquema Básico de un Control
de Excitación
Transductor de voltage y
compensador de carga
VREF
-
Vr
Efd
Excitatríz
REGULADOR
+
Va
GENERADOR
Voltaje de
Salida
+
Efd
-
+-
Vdc
fase B
+
+
fase A
+
PID
Vr
fase C
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Esquema Básico de un Control
de Excitación
Retardo
1
1  sTr
Compensador de carga
Vc  Va (Rc jXc)Ia
Ia
Va
Transductor de voltage y
compensador de carga
VREF
+
-
Va
Voltaje de
Salida
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Limitadores y circuitos de protección
•Limites de sobreexcitación. Limita corriente de rotor
•Voltaje mínimo de salida del generador
•Protección de Volts-per-hertz. Protección de flujo
máximo
e=d/dt, e= e0cost => =(e0sin t )/ 
•Corriente de armadura
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ESTABILIZADOR DE POTENCIA Y
OTROS CONTROLES
•El control del voltaje de salida tiene múltiples
aplicaciones
•Seguridad Dinámica: Estabilizador de Potencia
•Seguridad Transitoria. Ganancia.
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DIAGRAMA GENERAL DEL CONTROL
DE EXCITACION
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Tipos de Sistemas de Excitación



Corriente continua (SCE DC)
Corriente Alterna (SCE AC)
Sistemas con excitación estática
+
+
Vdc
Efd
Vr
-
-
+-
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1. Excitación de Corriente Continua
Efd
EM 737 FENOMENOS DINAMICOS EN REDES ELECTRICAS
1. Excitación de Corriente Continua
Efd
Efd
d
E ef  Ref I ef 
dt
  Lef I ef
 E X  KX
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Excitación de Sistemas de Corriente Alterna
A. Sistemas de Rectificación Estacionarios
Efd
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Sistemas de Excitación Estática
Efd
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ANÁLISIS del Desempeño de SCE
Vr es el voltaje de referencia del regulador,
Et es la variable a controlar (el voltaje en bornes del generador o corregido
mediante la caida de tensión de la línea de alimentación)
Vc señal filtrada y adaptada en el loop de control
EM 737
DINAMICOS EN REDES ELECTRICAS
Vr esFENOMENOS
la señal del excitador
Indicadores Temporales
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Indicadores de la Respuesta de Frecuencia
Ganancia de baja frecuencia G,
Frecuencia de corte c,
Margen de fase m,
Margen de ganancia Gm.
tc.
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Sistema realimentado cerrado
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