Sistemas de excitación de Sistemas de excitación de generadores sincrónicos y generadores sincrónicos y

teoría de regulaciónteoría de regulación

Objetivos de nuestra Objetivos de nuestra presentación:presentación:

• Materializar conceptos desarrollados Materializar conceptos desarrollados en el cursadoen el cursado

• Profundizar conocimientosProfundizar conocimientos

• Conocer aspectos puntuales del Conocer aspectos puntuales del funcionamiento de las M.S.funcionamiento de las M.S.

• Aplicación de conceptos adquiridosAplicación de conceptos adquiridos

IntroducciónIntroducción

La excitación de un generador La excitación de un generador esta formada por un grupo de esta formada por un grupo de dispositivos que funcionando en dispositivos que funcionando en conjunto producen el efecto conjunto producen el efecto deseado, siendo así tenemos que deseado, siendo así tenemos que hablar de un sistema de hablar de un sistema de excitación.excitación.Tal sistema esta formado por:Tal sistema esta formado por:•Circuito magnético Circuito magnético •Fuente de corriente continuaFuente de corriente continua

Excitación y regulación

• La calidad del servicio de un generador, esta dada La calidad del servicio de un generador, esta dada por la capacidad de mantener constante la tensión por la capacidad de mantener constante la tensión y la frecuencia ante distintos estados de carga.y la frecuencia ante distintos estados de carga.

• Esto se denomina regulación del generador, en Esto se denomina regulación del generador, en consecuencia una buena regulación del generador consecuencia una buena regulación del generador estará dada por el control óptimo de estas dos estará dada por el control óptimo de estas dos magnitudesmagnitudes

• Podemos decir que la regulación y la excitación Podemos decir que la regulación y la excitación están íntimamente ligadas, pues mediante un están íntimamente ligadas, pues mediante un cambio en el valor del campo de excitación, se cambio en el valor del campo de excitación, se incide en el valor de la tensión entregada en incide en el valor de la tensión entregada en bornes de la máquina.bornes de la máquina.

Teoría básica de Teoría básica de reguladoresreguladores

Para regular un generador de deben Para regular un generador de deben controlar la velocidad y la tensión, controlar la velocidad y la tensión, por lo tanto estudiaremos por por lo tanto estudiaremos por separado :separado :

• Reguladores de velocidad Reguladores de velocidad

• Reguladores de tensión Reguladores de tensión

Regulación de la Regulación de la velocidad:velocidad: • Cuando aumenta el par resistente → Cuando aumenta el par resistente →

Disminuye la velocidadDisminuye la velocidad• Cuando disminuye el par resistente → Cuando disminuye el par resistente →

Aumenta la velocidadAumenta la velocidad• Téngase en cuenta, además, que la Téngase en cuenta, además, que la

frecuencia de la red depende de la velocidad frecuencia de la red depende de la velocidad del generador y que ésta depende, a su vez, del generador y que ésta depende, a su vez, de la velocidad de la máquina motriz.de la velocidad de la máquina motriz.

• Hay que solucionar este problema, Hay que solucionar este problema, equilibrando en cada caso, el trabajo motor equilibrando en cada caso, el trabajo motor de la máquina motriz con el trabajo resistente de la máquina motriz con el trabajo resistente de las cargas conectadas a la red. de las cargas conectadas a la red.

• En el caso de turbinas hidráulicas, graduando la En el caso de turbinas hidráulicas, graduando la entrada de agua, ya que la altura del salto no puede entrada de agua, ya que la altura del salto no puede variarse; de esta forma, en caso de aumento del par variarse; de esta forma, en caso de aumento del par resistente, la turbina recibirá más caudal hasta que su resistente, la turbina recibirá más caudal hasta que su par motor equilibre el par resistente y, salvo ligera par motor equilibre el par resistente y, salvo ligera variación, la velocidad de la turbina será la misma variación, la velocidad de la turbina será la misma que antes de la variación de la carga; en caso de que antes de la variación de la carga; en caso de disminución de la carga el efecto sería contrariodisminución de la carga el efecto sería contrario..

• En el caso de turbinas de vapor se produce un efecto En el caso de turbinas de vapor se produce un efecto semejante, graduando la válvula de admisión de semejante, graduando la válvula de admisión de vapor.vapor.

Estudio dinámico de un Estudio dinámico de un reguladorregulador

Regulador estableRegulador estable

Regulador inestableRegulador inestable

• Para cada máquina y regulador existe un grado de Para cada máquina y regulador existe un grado de irregularidad que es el más favorable; el regulador irregularidad que es el más favorable; el regulador pasa a la nueva posición de equilibrio sin pasa a la nueva posición de equilibrio sin sobrerregulación, sobrerregulación, o sea, que llega a dicha posición a la o sea, que llega a dicha posición a la primera oscilación. Este grado de irregularidad primera oscilación. Este grado de irregularidad depende de la inercia de regulador y de la del árbol depende de la inercia de regulador y de la del árbol motor.motor.

• Un mayor grado de irregularidad tiene el Un mayor grado de irregularidad tiene el inconveniente de que el regulador tarda mucho tiempo inconveniente de que el regulador tarda mucho tiempo en llegar a la posición de equilibrio; teóricamente, un en llegar a la posición de equilibrio; teóricamente, un tiempo infinito, aunque en la práctica, por efecto de tiempo infinito, aunque en la práctica, por efecto de los rozamientos presentes, se consigue este nuevo los rozamientos presentes, se consigue este nuevo estado de equilibrio al cabo de varias oscilaciones.estado de equilibrio al cabo de varias oscilaciones.

• Si el grado de irregularidad es menor que el más Si el grado de irregularidad es menor que el más favorable, el regulador oscila alrededor de la posición favorable, el regulador oscila alrededor de la posición de equilibrio, acercándose cada vez más a ella y, por de equilibrio, acercándose cada vez más a ella y, por tanto, la regulación es más lenta.tanto, la regulación es más lenta.

• El grado de irregularidad mínimo utilizable es aquél El grado de irregularidad mínimo utilizable es aquél que produce oscilaciones de amplitud constante: el que produce oscilaciones de amplitud constante: el regulador no llega nunca a la posición de equilibrio. regulador no llega nunca a la posición de equilibrio.

• Un regulador sin grado de insensibilidad (es decir sin Un regulador sin grado de insensibilidad (es decir sin resistencias) no es utilizable sea cual fuere su grado resistencias) no es utilizable sea cual fuere su grado de irregularidad.de irregularidad.

Regulación de la tensión:Regulación de la tensión:

• Los reguladores de tensión tienen por objeto Los reguladores de tensión tienen por objeto hacer que la tensión del generador vuelva a hacer que la tensión del generador vuelva a un valor de régimen después de una un valor de régimen después de una perturbación, nos interesa estudiar el perturbación, nos interesa estudiar el régimen transitorio.régimen transitorio.

• Para hacer más fácil nuestros estudios Para hacer más fácil nuestros estudios supondremos un generador a velocidad supondremos un generador a velocidad constante, cualquiera sea la carga, lo que, constante, cualquiera sea la carga, lo que, por otra parte, es el caso más corriente en la por otra parte, es el caso más corriente en la práctica.práctica.

Respuesta temporal de la tensión de Respuesta temporal de la tensión de un G.S. ante una variación en la cargaun G.S. ante una variación en la carga

Funcionamiento de un Funcionamiento de un regulador de tensiónregulador de tensión

• La inercia de sus La inercia de sus órganos.órganos.

• La distancia a recorrer.La distancia a recorrer.

• El par del órgano motor.El par del órgano motor.

Cualidades de los Cualidades de los reguladores de tensiónreguladores de tensión

• Rapidez de respuesta. Rapidez de respuesta. Es decir, ha de intervenir Es decir, ha de intervenir rápidamente después de una variación de carga, rápidamente después de una variación de carga, para evitar que la tensión caiga rápidamente. Para para evitar que la tensión caiga rápidamente. Para ello, ha de tener poca inercia, elevado par motor, y ello, ha de tener poca inercia, elevado par motor, y corto recorrido.corto recorrido.

• Exactitud. Exactitud. Para llevar exactamente la tensión al Para llevar exactamente la tensión al valor de régimen, después de una perturbación.valor de régimen, después de una perturbación.

• Sensibilidad. Sensibilidad. Para reaccionar a las perturbaciones Para reaccionar a las perturbaciones débiles.débiles.

• Amortiguación eficaz. Amortiguación eficaz. Para evitar la producción de Para evitar la producción de oscilaciones. A ser posible el amortiguamiento ha de oscilaciones. A ser posible el amortiguamiento ha de ser ajustable para que el usuario pueda ajustarlo a ser ajustable para que el usuario pueda ajustarlo a las características de su generador.las características de su generador.

• Sobrerregulación. Sobrerregulación. Para aprovechar al máximo las Para aprovechar al máximo las posibilidades del generador.posibilidades del generador.

Sistemas de excitación de Sistemas de excitación de los generadores trifásicos los generadores trifásicos

sincrónicossincrónicos• La excitación de los alternadores se realiza por La excitación de los alternadores se realiza por

medio de corriente continua que recorre el medio de corriente continua que recorre el circuito de las bobinas inductoras del rotor.circuito de las bobinas inductoras del rotor.

• El sistema de excitación consta de aparatos y El sistema de excitación consta de aparatos y máquinas cuyo objeto es suministrar la energía máquinas cuyo objeto es suministrar la energía necesaria para excitar el alternador.necesaria para excitar el alternador.

• El sistema de excitación no debe únicamente El sistema de excitación no debe únicamente suministrar una potencia fija, sino que debe suministrar una potencia fija, sino que debe desarrollar la potencia que convenga y desarrollar la potencia que convenga y modificarla tan rápidamente como sea posible, es modificarla tan rápidamente como sea posible, es decir poseer una gran velocidad de respuesta, decir poseer una gran velocidad de respuesta, según ciertas leyes bien determinadas.según ciertas leyes bien determinadas.

Velocidad de respuesta de Velocidad de respuesta de las excitatriceslas excitatrices

• Para apreciar una máquina de corriente Para apreciar una máquina de corriente continua como tal excitatriz es preciso, por continua como tal excitatriz es preciso, por consiguiente, conocer la rapidez con la consiguiente, conocer la rapidez con la cual reacciona a un impulso de corriente, y cual reacciona a un impulso de corriente, y la potencia que precisa poner en juego la potencia que precisa poner en juego para provocar esta reacción.para provocar esta reacción.

• La velocidad de respuesta de una La velocidad de respuesta de una excitatriz se expresa en voltios por excitatriz se expresa en voltios por segundo segundo

Características de funcionamiento Características de funcionamiento de las excitatricesde las excitatrices

• La potencia del equipo de excitación depende de la La potencia del equipo de excitación depende de la importancia de la central y del tipo de generadores importancia de la central y del tipo de generadores empleados. Para generadores de pequeña potencia empleados. Para generadores de pequeña potencia y baja velocidad, es necesaria una potencia de y baja velocidad, es necesaria una potencia de excitación de, aproximadamente, un 3 % de la excitación de, aproximadamente, un 3 % de la potencia total del generador.potencia total del generador.

• La tensión de excitación generalmente utilizada, es La tensión de excitación generalmente utilizada, es de 125 V en las centrales de pequeña y de mediana de 125 V en las centrales de pequeña y de mediana potencia.potencia.

• En las centrales de gran potenciaEn las centrales de gran potencia de 250 V de 250 V • En generadores de gran potencia y elevada En generadores de gran potencia y elevada

velocidad (por ejemplo, los turbogeneradores) basta velocidad (por ejemplo, los turbogeneradores) basta con una potencia de excitación equivalente a un 0,5 con una potencia de excitación equivalente a un 0,5 % de la potencia total del generado% de la potencia total del generado

Sistemas de excitaciónSistemas de excitación• Excitación independienteExcitación independiente

Excitación propiaExcitación propia

Excitación por un grupo de excitaciónExcitación por un grupo de excitación

Excitación por medio de un grupoExcitación por medio de un grupo

Excitación con tensión auxiliar Excitación con tensión auxiliar

constanteconstante

Excitación de cada generador por medio de Excitación de cada generador por medio de un grupo excitatriz independiente por un grupo excitatriz independiente por

alternadoralternador

Sistemas modernos de excitación de los Sistemas modernos de excitación de los generadores trifásicos sincrónicosgeneradores trifásicos sincrónicos

• Desde hace algunos años, los sistemas clásicos de Desde hace algunos años, los sistemas clásicos de excitación, que hemos nombrado anteriormente, excitación, que hemos nombrado anteriormente, están dando paso a otros sistemas de excitación que están dando paso a otros sistemas de excitación que utilizan, de una manera u otra, dispositivos utilizan, de una manera u otra, dispositivos electrónicos varios: diodos, tiristores, amplificadores electrónicos varios: diodos, tiristores, amplificadores magnéticos, etc. Con estos nuevos procedimientos, magnéticos, etc. Con estos nuevos procedimientos, se consiguen ventajas sustanciales, tales como se consiguen ventajas sustanciales, tales como mayor velocidad de respuesta, menor oscilación en mayor velocidad de respuesta, menor oscilación en la tensión del alternador, ausencia de aparatos la tensión del alternador, ausencia de aparatos móviles, etc.móviles, etc.

• Unas veces se emplean excitatrices normales pero Unas veces se emplean excitatrices normales pero cuya tensión está regulada por procedimientos cuya tensión está regulada por procedimientos electrónicos; en otras ocasiones, se suprimen el electrónicos; en otras ocasiones, se suprimen el colector y las escobillas, sustituyendo la excitatriz colector y las escobillas, sustituyendo la excitatriz clásica por un conjunto alternador de excitación-clásica por un conjunto alternador de excitación-dispositivo rectificador; finalmente, en otras dispositivo rectificador; finalmente, en otras ocasiones, se suprime totalmente la excitatriz, ocasiones, se suprime totalmente la excitatriz, sustituyéndola por dispositivos estáticos de sustituyéndola por dispositivos estáticos de excitación. excitación.

Sistemas de excitación con excitatriz Sistemas de excitación con excitatriz de corriente continuade corriente continua

Sistemas de excitación con Sistemas de excitación con

excitatriz de corriente alternaexcitatriz de corriente alterna

La excitatriz y el rectificador pueden ir La excitatriz y el rectificador pueden ir conectados en uno de estos dos circuitos conectados en uno de estos dos circuitos básicos:básicos:

• Una excitatriz de corriente alterna Una excitatriz de corriente alterna conectada en estrella para alimentar los conectada en estrella para alimentar los diodos en cada fase y provista de diodos en cada fase y provista de circuito de retorno que pasa por el circuito de retorno que pasa por el neutro .neutro .

• Una excitatriz de corriente alterna Una excitatriz de corriente alterna conectada en triángulo para alimentar conectada en triángulo para alimentar un circuito de onda completa en un circuito de onda completa en derivación.derivación.

Sistemas de excitación sin Sistemas de excitación sin excitatrizexcitatriz

• Generadores autoexcitados. La Generadores autoexcitados. La corriente de excitación procede del corriente de excitación procede del propio generador y es rectificada propio generador y es rectificada después, utilizándose, generalmente, después, utilizándose, generalmente, diodos de silicio.diodos de silicio.

• Generadores excitados por una Generadores excitados por una fuente independiente de energía.fuente independiente de energía.

Generadores autoexcitadosGeneradores autoexcitados

Dispositivo simple para redes trifásicasDispositivo simple para redes trifásicas

El acoplamiento representado en la figura El acoplamiento representado en la figura permite la desexcitación en caso de permite la desexcitación en caso de

embalamientoembalamiento

Generadores excitados por una fuente Generadores excitados por una fuente independiente de energíaindependiente de energía