GUÍA VI: “MÁQUINAS SINCRÓNICAS”

Sistemas Electromecánicos, Guía VI:”Máquinas Sincrónicas”
GUÍA VI: “MÁQUINAS SINCRÓNICAS”
1.
Un generador sincrónico de 440 [VLL], 50 [kVA], trifásico, dos polos, gira a velocidad
nominal. Se necesita una corriente de campo de 7 [A] para producir una tensión nominal de vacío. Se necesita una corriente de 5,5 [A] para producir una corriente nominal
en el estator cortocircuitado. La máquina puede considerarse magnéticamente lineal.
Determine la reactancia Xs.
2.
Una Máquina sincrónica de 4 polos, 60 [Hz], tiene una reactancia sincrónica de 8 [Ω].
La máquina trabaja en zona lineal, de acuerdo a la característica Vp = K·If, con K =
30 [V/A] e If : 0 → 6 [A]. El circuito de campo está ajustado para que I f no salga de
este rango. La máquina trabaja como motor sincrónico conectado a una red trifásica e
208 [V], 60 [Hz]. La corriente de campo se ajusta para que el motor consuma una
potencia de 3 [kW] desde la red, con FP = 1.
a)
b)
c)
d)
3.
Dibuje el diagrama fasorial para esta condición.
Calcule la corriente de campo.
¿Cuánto vale la corriente por el estator Ia si se desconecta la carga mecánica?
Considerando If = 6 [A], ¿con qué ángulo de carga se alcanza un torque de 42,9 [Nm]?
Un generador sincrónico de 6 polos, 50 [Hz] tiene una reactancia sincrónica de Xs = 4
[Ω] y es conectado a una red de 2300 [V] y trabaja con una corriente de campo If = 5
[A]. La característica de vacío del generador es:
If [A]
2.5
5.0
7.5
10
Vp LL [V]
1125
2250
3375
4200
1
Sistemas Electromecánicos, Guía I:”Materiales y Circuitos Magnéticos”
a) El generador opera con δ = 25º. Determine el torque para mover el generador y la
corriente de estator
b) Si la corriente de campo de un generador sincrónico conectado a una red infinita
aumenta y ello provoca una disminución de la corriente por el estator. Considerando la
potencia activa constante, ¿la máquina estaba operando con FP inductivo, capacitivo ó 1
antes del cambio? Justifique.
4.
Una máquina sincrónica está acoplada por el eje a una máquina de corriente continua
de excitación independiente, tal como se muestra en la figura. La Característica de
vacío de la máquina sincrónica a 1500 [rpm] se muestra en la tabla.
a) Se desea transmitir energía desde la red de corriente continua hacia la red trifásica. ¿A qué
valor debe ajustarse la corriente de campo de la MS para entregar a la red trifásica la potencia
nominal del conjunto con factor de potencia unitario?
b) Se ajusta la corriente de campo de la máquina de corriente continua hasta que la potencia
activa transferida sea igual a cero.
b.1) ¿Cuánto valen Ia maq cc e Ia maq sinc?.
b.2) La máquina sincrónica se desconecta desde la red trifásica. ¿Cuánto vale la tensión en
los terminales de la máquina sincrónica?, ¿a qué velocidad gira el conjunto?, ¿cuánto vale la
tensión en los terminales de la máquina sincrónica, si la corriente de campo de la máquina CC
disminuye en un 20%.?
Figura 1.
Sistema Magnético.
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Sistemas Electromecánicos, Guía I:”Materiales y Circuitos Magnéticos”
5.
Un generador sincrónico trifásico conexión estrella, pérdidas despreciables, 4 polos,
tensión nominal 13.2 [kVLL], 50 [MVA], Xs = 3 [Ω], está conectado a una red de 13.2
[kVLL], 50 [Hz]. LA turbina entrega una potencia de 45 [MW] al eje. La corriente de
campo ha sido ajustada para que el generador opere con factor de potencia unitario.
a) Determine la corriente por el estator Ia.
b) ¿Cuánto valen la tensión de rotación y el ángulo de carga δ?
c) ¿Cuánto vale el torque desarrollado por la turbina?.
d) La admisión en la turbina es variada hasta obtener torque cero. ¿Cuánto valen las
potencias activa y reactiva del generador en esta condición?
e) En la condición de los puntos a) y b), ¿en qué porcentaje puede disminuir la corriente
de campos antes de que la máquina pierda sincronismo?..
6.
Un generador trifásico de 5 [kVA], 208 3 [VLL], 4 polos, 60 [Hz], conexión estrella,
tiene una Xs = 8 [Ω]. El generador opera conectado a una red trifásica de 208 3
[VLL], 60 [Hz]. La tabla muestra la característica de vacío del generador a 60 [Hz].
a) ¿A qué velocidad [rpm] debe ser impulsado el eje del generador para poder conectarse a
la red de 60 [Hz]?.
b) Calcule la corriente de campo If necesaria para que el generador entregue potencia ala
red con corriente nominal y factor de potencia 0,8 inductivo. Determine el ángulo de carga.
c) Partiendo de b) se reduce la corriente de campo hasta llegar al valor mínimo aceptable.
Calcule la condición inicial b) y la final c). Determinar la potencia reactiva entregada por el
generador en ambas condiciones (b y c).
7.
Un generador sincrónico, trifásico, conexión estrella, pérdidas despreciables, 4 polos,
tensión nominal 13.2 [kVLL], 50 [MVA], y Xs = 3 [Ω] está conectado a una red de 13.2
[kVLL], 50 [Hz]. La admisión de caudal se ha ajustado para que la turbina entregue
una potencia de 25 [MW] en el eje y la corriente de campo se ha reducido al valor
mínimo posible.
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Sistemas Electromecánicos, Guía I:”Materiales y Circuitos Magnéticos”
a) Determine el valor de la tensión de rotación VP.
b) Calcular la corriente por el estator Ia.
c) ¿Qué sucede con la corriente Ia (aumenta o disminuye) su aumenta la corriente de
campo en un 100%? Justifique.
8.
Una máquina sincrónica trifásica de rotor cilíndrico y una máquina CC shunt están acopladas por el eje mecánico para transferir potencia de una fuente DC a una fuente
AC y viceversa. Los valores nominales de las máquinas son:
Máquina sincrónica: 12 [kVA], 208 [V], Xs = 3 [Ω], 6 polos.
Máquina CC: 12 [kW], 220 [V], Ra = 0.18 [Ω].
Desprecie las pérdidas en el estator y la saturación en ambas máquinas.
La máquina CC shunt es conectada a una fuente de 220 [VDC] y la máquina sincrónica
es conectada a una fuente trifásica de 208 [V], 60 [Hz]. La corriente de campo de la
máquina sincrónica se ajusta a un valor de 1.25 pu (Nota: Una corriente de campo de
1 pu produce una tensión de rotación VP de 208 [VLL]). Usted puede variar ambas corrientes de campo mediante resistencias adicionales.
a) El conjunto transfiere cero potencia activa a través del eje. Determine:
a.1) La corriente de armadura de la máquina shunt.
a.2) La corriente por el estator de la máquina sincrónica.
a.3) El FP de la máquina sincrónica.
a.4) La tensión de terminales de la máquina sincrónica si ésta se desconecta de la red.
b) Una potencia de 8 [kW] es entregada por la fuente continua.
b.1) Especifique qué ajuste es necesario para llevar el conjunto a este punto de trabajo
partiendo de la condición del punto a).
b.2) Determine la corriente de armadura de la máquina shunt.
b.3) ¿Cuánta potencia activa llega a la red alterna?
b.4) Determine la corriente de estator de la máquina sincrónica.
b.5) Calcule el torque en el eje.
c) Especifique el ajuste necesario, partiendo de a) y el valor de la corriente de armadura
shunt si ahora se desea entregar los 8 [kW] a la red continua.
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