diapos

2. Un alternador síncrono trifásico es un dispositivo que transforma energía
mecánica en energía eléctrica, entregando tres voltajes sinusoidales de igual
intensidad pero desfasados en 120°. Este dispositivo tiene una gran
importancia en la generación de energía eléctrica actual, ya que se
aprovechan movimientos mecánicos provocados por la naturaleza, entre ellos
el agua, aire o vapores (generación hidroeléctrica, eólica o térmica) y luego se
transmite la energía mediante una línea trifásica, siendo ésta la forma más
eficiente de hacerlo. Sin estos alternadores, no tendríamos el sistema
eléctrico que conocemos actualmente.

3. La espira girando a una velocidad W en el interior de un campo magnético
uniforme, como el de la figura, genera una fem., de valor;

5. El rotor del alternador va acoplado a la turbina (motor primo), entregándole la potencia mecánica
necesaria (a una velocidad constante), que será convertida a potencia eléctrica. El medio que se
emplea para el proceso de conversión de la energía es el campo eléctrico.
El alternador utiliza un estator constituido por un devanado trifásico distribuido a 120°.
El rotor esta formado por un devanado alimentado desde el exterior a través de escobillas y anillos
rozantes mediante corriente continua.
El rotor puede ser lisos o de polos salientes.
Es utilizado en la mayoría de centrales eléctricas: turboalternadores y grandes alternadores
hidráulicos.

6. Son de 2 ó 4 polos, movidos por turbinas de alta velocidad, de allí que se les conozca como
turboalternadores. Su entrehierro es uniforme, por lo que la reactancia de la maquina se considera
uniforme, e igual a la reactancia directa (xd).
Los rotores son de gran cantidad de polos, movidos por turbinas hidráulicas que giran a bajas
velocidades.

8. Los alternadores síncronos deben de cumplir unas exigencias mecánicas:
- El momento de inercia de la masa giratoria.
- Esfuerzos a los que se encuentran sometidos cuando se alcanza la velocidad
de fuga
La potencia máxima de un generador se determina mediante la siguiente
fórmula y se expresa siempre en kVA:
C: cte.
B: campo de inducción del entrehierro para
obtener la tensión nominal (Gauss).
A: densidad periférica.
d: diámetro interior del estator.
l: longitud del entrehierro.
n: revoluciones por minuto.

9. Velocidad de embalamiento
Si el par resistente (entre la turbina y el motor generador) opuesto al par
motor de la turbina se anula sin intervenir la regulación, la velocidad aumenta
hasta un valor máximo.
La relación K no sólo influye a la hora de determinar la potencia máxima del
alternador si no que el valor de la K tiene un valor decisivo a la hora de
determinar las características constructivas de los generadores accionados
por turbinas hidráulicas. Según la k se escogerá una u otra turbina:
k=1,8 : Turbinas Pelton
k=1,6 : Turbinas Francis (lentas y normales)
k=1,9 : Turbinas Francis (rápidas)
k=2,3 : Turbinas Hélice
2,5<k<3,5 : Turbinas Kaplan
Momento de inercia
El momento de inercia se obtiene:

10. Una máquina eléctrica es tanto más económica cuanto menor es el valor
de la relación longitud del estator/diámetro interno.
Un aumento del momento de inercia provoca no solo un encarecimiento
del alternador si no que el rendimiento disminuye.

11. Características eléctricas
Los generadores deben suministrar la potencia activa y reactiva de la red y
por ello se les impone la exigencia de que deben proporcionar la potencia
nominal con un fdp=0,7. En la actualidad se fija la potencia nominal para un
fdp=0,8. En las grandes unidades se llega a valores de fdp=0,9.

12. ‐ Capacidad de sobrecarga: en centrales punta es del orden del 10% de la
potencia nominal.
‐ Relación de cortocircuito: en aquellas de velocidad elevada la relación de
cortocircuito está comprendida entre 0,8-1,1. Sin embargo, en los de
velocidad baja la relación de cortocircuito se encuentra entre 1,1-1,3.
La relación de cortocircuito es la relación entre la corriente de excitación y la
corriente de excitación necesaria para producir una corriente de cortocircuito
igual a la intensidad nominal en el estator.

13. RF: resistencia de los devanados del rotor
LF: inductancia de rotor
R ajustable: resistencia que controla el flujo
de campo
Los voltajes V1, V2, V3 están 120°fuera de fase entre si.

15. Carga Reactiva Carga Inductiva
Carga Capacitiva
E E
E
IAXS
IAXS
IAXS
IARA IARA
IARA
IA
IA
IA
V∅
V∅
V∅
𝜹 𝜹
𝜹
∅
∅

16. E= Tensión de excitación
Vt= Voltaje en terminales
Ra=Resistencia de armadura
Xd, Id = Reactancia y corriente en directa
Xq, Iq = Reactancia y corriente en cuadratura
Ecuación por fase del generador síncrono

17. Pérdidas
en el
Núcleo
Pérdidas por
fricción y
rozamiento
con el aire
Pérdidas
miscelaneas
Pérdidas I2R
(pérdidas en
el cobre)
Psalida=
3 cosT LV I   
Pentrada=
p m  p m 
Pconv
POTENCIA Y PAR EN UN GENERADOR SINCRONO

18. Psal seria igual a Pent en este diagrama, por lo que solo hablaríamos
de una P

19.  Par inducido en términos de cantidades
eléctricas.

20. 1) Se impulsa el generador con un primo motor.
2)La maquina de prueba se trabaja como motor en vacío, la alimentación
debe ser una fuente de voltaje trifásica balanceada.
Determina la curva de saturación o característica de vacío.
Métodos :
Diagrama de conexiones.Arreglo físico
Se impulsa el generador con un primo motor

22. PRUEBA DE VACÍO ( MOTOR -GENERADOR).
Ifg=corriente de excitación de
voltaje nominal en la línea de
entrehierro (OA).
Ifo=corriente de excitación de
voltaje nominal en la curva de
saturación (OC).
Característica de saturación.
A
C D
Et
1.0
1.00 IfIfg
Ifo
B
OC
Línea de entrehierro

24. CURVAS CARACTERÍSTICAS.
Características de vacío a diferentes frecuencias
Eg
E2
E1
En
If
ns2
ns1
I1
2
1
2
1
ns
ns
E
E


25. Diagrama de conexiones.Arreglo físico.
• Se gira el alternador a su velocidad síncrona.
• Las terminales del inducido se conectan en corto circuito.
• El devanado de campo se excita en forma progresiva,
a partir de cero corriente de excitación.

28. PRUEBA DE CORTO CIRCUITO.
 Se establece la corriente de campo igual a cero.
 Se hace un corto circuito en los terminales del generador a
través de amperímetros
 Se mide la corriente en el inducido o la de línea (IA o IL)
conforme se incrementa IF.
 Con esto se puede determinar la característica de corto circuito
del generador, cuando los terminales están en corto circuito IA
está dada por:
Y su magnitud es:

29.  La impedancia interna y reactancia de la máquina está dada por:
Si se conocen EA e IA para cierta situación, entonces se puede
encontrar Xs mediante el siguiente método aproximado teniendo una If dada:
1. Obtener el voltaje interno generado EA de la característica de circuito abierto
para esa corriente de campo.
2. Obtener el flujo de corriente en corto circuito IA,SC para esa corriente de
campo de la característica de corto circuito.
3. Encontrar XS por medio de la ecuación 2.
La respuesta de este método es exacta hasta saturación, por que XS, ns de la
máquina se puede encontrar por medio de la ecuación 2 para cualquier corriente
de campo en la porción lineal (línea del entrehierro) de la curva de característica
de circuito abierto.

30.  La relación de corto circuito de un generador síncrono se define como la
relación entre la corriente de campo requerida para el voltaje nominal en
circuito abierto y la corriente de campo requerida para la corriente del
inducido nominal en corto circuito.
En forma práctica (teniendo en cuenta la saturación) podemos decir:
La relación de cortocircuito (RCC) es una medida del tamaño físico de la
máquina síncrona, su factor de potencia y velocidad.
Cabe indicar que la reactancia síncrona (XS) para un determinado valor de
carga es afectado por las condiciones de saturación existentes, mientras que
la relación de cortocircuito (Rcc) es un valor constante que está definido a la
tensión nominal.

31. CURVA CARACTERÍSTICA (SC).
Registro simultaneo
de valores :
• Corriente de excitación.
• Corriente de armadura.
• Velocidad y frecuencia.
Característica de corto circuito.
IA
If
CC
1.0
1.00

32. Xd (no saturada) =
Característica de corto circuito y de saturación.
IA
CC
1.0
1.0
Eg
If1.0
E
A
Ifg
If0
G
HD
B
C
CS
Ifk
P
0
Valores que se aplican en el método de la
Impedancia síncrona para el cálculo de la
regulación de voltaje.
Con poca aproximación a los valores
reales.
BC
PC
Xdsat
ifg
ifk
OC
OH
BC
AC
Xd


.

33. DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA EFECTIVA DELINDUCIDO (RA)
POR FASE
La resistencia efectiva del inducido por fase puede calcularse a partir del
ENSAYO DE CORRIENTE CONTINUA, según se muestra a continuación. La
tensión aplicada debe ser de valor bajo. Cabe indicar que se supone que el
generador está conectado en estrella (Y), porque es la forma en que
generalmente se encuentra conectados los generadores; debido a que ofrecen
la posibilidad de conectar el neutro del generador a tierra, logrando con ello una
reducción sustancial en el nivel de aislamiento a utilizar; protección a tierra del
generador y la posibilidad de tener dos niveles de tensión como son los de fase
y de línea.
Ensayo de corriente continua

34. REGULACION DETENSION DE UN GENERADOR SINCRONO
Una manera conveniente de comparar el comportamiento de los
voltajes de los generadores síncronos es mediante su regulación
de voltaje, que viene definida por la ecuación:
Donde es el voltaje del generado en vacío y es el voltaje a
plena carga del generador. Un generador síncrono que opera
con factor de potencia en atraso tiene una regulación de
tensión positiva muy grande; si opera con f.d.p. unitario, tiene
una regulación positiva muy pequeña, y si opera a f.d.p. en
adelanto tiene, regulación de voltaje negativo.
flV

36.  Un alternador trifásico conectado en estrella con 200KVA, 400v, 50 hz, tiene de
resistencia de campo a 20°C. con 15 A de excitación desarrolla 300 v en vacio y 200ª en
corto circuito. Calcular las perdidas convencionales de excitación y cuando suministra
tensión en corriente nominal con un fdp=0.8 inductivo. Suponer linealidad y despreciar la
resistencia.
4.2
300v
200A
A
kv
kvA
V
S
I
IVS
nom
nom
nom 289
4.0*3
200
*3
**3


V
V
V
fdp
L
231
3
400
3
87.368.0






866.0
200
3/3003/
0
.
I
V
X
XZRa
Saturadas
ss
VE
VE
jE
AI
XjIRIVE
A
sAAA
7.273.430
13.53250231
866.0*87.362890*87.36289231
87.36289




 
KWWRIP
RR
R
AI
I
A
ffperdida
f
f
425.40289.2*27.37
9.2
205.234
755.234
4.2
27.37
3.430
3/30015
22
2075
20














15A

37. A un alternador síncrono de 65 KVA conectado en estrellas a 60 HT, 6 polos,
380 V se le realizaron las pruebas de vacio (circuito abierto) y corto circuito,
obteniéndose los siguientes resultados:
Corriente de campo: 2.3 A
Zona lineal Voltaje en terminales: 300V
Prueba de
vacio Corriente de campo :2.9A
Zona no lineal Voltaje en terminales:Vnom
Prueba de circuito Corriente de campo: 2.3 A 2.9A
Corriente en el estator: Inom 120A
1) Despreciando la resistencia de armadura, encontrar el valor de las
reactancias síncronas saturados y no salvados
2) Determinar la relación de corto circuito (RCC)
3) Calcular la velocidad nominal de la maquina y su velocidad en
embalamiento.

38. 𝑅 𝐴 = 0 𝑋𝑠 = 𝑍 𝑠
S = 3 𝑉𝐼V
𝐼 𝑛𝑜𝑚 = 98,8 𝐴
𝑍𝑜𝑛𝑎 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 ∶ 𝑋𝑠 𝑛𝑜 𝑠𝑎𝑡 =
300/ 3 𝑣𝑜𝑙𝑡
98,8 𝐴
= 1,753Ω
𝑍𝑜𝑛𝑎 𝑛𝑜 𝑙𝑖𝑛𝑒𝑎𝑙 ∶ 𝑋𝑠 𝑆𝐴𝑇 =
300/ 3 𝑣𝑜𝑙𝑡
120 𝐴
= 1,828Ω
Rcc =
𝐼𝑓 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟 𝑉𝑛𝑜𝑚
𝐼𝑓 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎𝑝𝑎𝑟𝑎 𝑜𝑏𝑡𝑒𝑛𝑒𝑟𝑖 𝑁𝑂𝑀
=
2,9 𝐴
2,3 𝐴
Rcc = 1,26 (Hidráulico)
1 < térmico
n=
60𝑓
𝑝
=
60(60)
3
= 1200 r.p.m (velc.nom.)
W = 1200
𝑟𝑒𝑣
𝑚𝑖𝑛
𝑥 2𝜋
𝑟𝑎𝑑
𝑟𝑒𝑣
𝑥 1
𝑚𝑖𝑛
60𝑠
𝑤 = 125,7
𝑟𝑎𝑑
𝑆
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐. 𝐸𝑚𝑏𝑎. ≈ 2 𝑣𝑒𝑙𝑜𝑐. 𝑛𝑜𝑚 = 2 1200 = 2400 𝑟. 𝑝. 𝑚
𝑉𝑒𝑙𝑜𝑐. 𝑑𝑒 𝑝𝑟𝑢𝑒𝑏𝑎 𝑑𝑒 𝑒𝑚𝑏𝑎𝑙𝑎𝑚𝑖𝑒𝑛𝑡𝑜 = 1,2 1200 = 1400 𝑟. 𝑝. 𝑚

39. Un alternador síncrono conectado en estrella de 500 KVA, 440V, 60Hz con
corriente de campo normal=SA, al ser ensayado arrojo los siguientes
resultados:
1. Prueba de vacío: Una corriente de campo igual =3A
Voltaje en terminal = 240V
2. Prueba de corto circuito: Con la misma corriente de campo de 3A la
Corriente de armadura fue de 550 A
3. Prueba de corriente continúa: Al aplicar 10V de corriente continua entre las
dos terminales se midió una corriente de 200A, el factor de corrección
para determinar que el valor exacto de la resistencia de armadura es 1.2
a) Hallar las magnitudes de la resistencia de armadura y la reactancia
síncrona aproximada que se utilizarían el modelo del alternador para
condiciones normales.
b) Si se aplica una carga nominal con un Cos ǿ=1, 0.8, (-), 0.8 (+)
Encontrar la excitación en cada uno de los casos.

40. 240v
550A
3A 5A
 25.0
530
3/240
sz
R0
R0
Icc=200A
Vcc=10V
VE
AjAVE
XjIRIVE
AI
A
sAAAo
A






31318
)248.0(656)03.0(656254
0656
0
1cos
656




0025.0
200
10
2
Ro
A
V
Ro
A656I
)44.0(3
500KVA
I
3
S
I
VI3=S
nom 


Kv
xV
V
V
Vo 54.2
3
440

E
Ia=656A Vo=254v IARA=19.68
IaXs=162.7v
ɗ
%25Re
%100
254
254318
Re
31






g
X
V
VV
Vo
VoE
g


41. %52100
254
254386
Re
18
18356
13.537.16287.3668.19254
248.0)87.36656(03.0)87.36656(254
87.36656
87.36
)(8.0
656
1










x
V
VV
g
VE
E
AxjAxVE
IA
Cos
A



IaXs=162.7v
IARA=19.68Ia=656A
Vo=254v
ɗ
E1
53.13°
%12%100
254
254223
Re
40
40223
87.1267.16287.3668.19254
248.0)87.36656(03.0)87.36656(254
87.36656
87.36
)(8.0
656
2
2
2










x
V
VV
g
VE
E
jVE
IA
Cos
A



ɸ
IARA=19.68
IaXs=162.7v
Ia=656A
ɸ
E2
Vo=254v
ɗ2

42. Un alternador síncrono conectado en estrella 480v, 60hz, 4 polos tiene un
Ra=0.005 y Xs=0.1 a plena carga la ,maquina entrega 1200, las perdidas
por fricción y ventilación son 4Kw y las perdidas en el núcleo 6kw,
despreciar las perdidas en el circuito de campo.
a) Cual es la velocidad nominal de la maquina?
b) Cual debe ser la excitación para lograr un voltaje en terminales de 4480v
en vacio?
c) Si el alternador suministra 1200A a una carga que tiene un factor de
potencia de 0.8 inductivo cual debe ser la excitación para mantener el
Vnom en 480 v
d) En las condiciones c, que potencia entrega el generador que potencia
recibe el motor primo, cual es la eficiencia global de la maquina, cual es el
torque propio del eje.
e) Si repentinamente se desconecta la carga del generador que suceredera
con el voltaje
f) Supóngase que se carga el alternador con 1200ª, fdp=0.8 adelanto. Cual
debe ser la excitación para mantener el voltaje en 480v.

43. sradW
sW
rpm
p
f
a
/5.188
60/2*1800
1800
4
60*120120
)




VEVVVE
AI
XjIRIVEb
L
A
sAAA
480,480
0
)





V
V
V
AIfdpc
L
A
277
3
480
3
87.36120087.36)(8.0)




%32%100
277
277366
6.14366
13.5312087.366277
)1.0*87.361200()005.0*87.361200(277







x
V
VV
REG
VE
VE
jVE
XjIRIVE sAAA

44. 


,366
0
)
VcomoE
I
XjIRIVEe
A
sAAA
mKNWP
P
P
n
kwkwkwkwP
PPPPP
kwxxxRIP
kwxxx
xxIxVPd
entrada
entrada
salida
entrada
elecvfersalidaentrada
AAperdidas
LLsalida
/4.4
5.188
6.829
%2.96
6.829
798
6.8296.2110798
6.21005.0120033
1.7988.012004803
cos3)
22










Actúa el regulador y lo regresa a 277V

45. negativoreg
VoltiosE
jE
jE
capacitivoadelantoI
XjIRIVEf
A
sAAA
%,16
277
277232
2525232
87.1262087.366277
1.0)87.361200(005.0)87.361200(277
)(,87.361200
)











49. conocidos se calculay
Conocidas las se calcula

50. Φ
Z
X
R
Φ
Z
X
R
Φ
S
Q
P

52. 52

53. SALA DE CONTROL

55. SERVICIOS AUXILIARES

56. REGULADOR DEVELOCIDAD

58. REGULADOR DE TENSIÓN
E

59. El alternador es una máquina destinada a transformar la energía
mecánica en eléctrica, generando, mediante fenómenos de inducción,
una corriente alterna. Los alternadores están fundados en el principio
de que en un conductor sometido a un campo magnético variable se
crea una tensión eléctrica inducida cuya polaridad depende del sentido
del campo y su valor del flujo que lo atraviesa.
ALTERNADOR

61.  LEY DE LENZY
FARADAY.
e = fuerza electromotriz
N = Numero de espiras
t = variacion del flujo
electromagnetico.

62. • Una espira que gira impulsada por
algún medio externo.
• Un campo magnético uniforme,
creado por un imán, en el seno del
cual gira la espira anterior.
• A medida que la espira gira, el flujo
magnético a través de ella cambia
con el tiempo, induciéndose una
fuerza electromotriz, y si existe un
circuito externo, circulará una
corriente eléctrica.
• Para que un generador funcione,
hace falta una fuente externa de
energía (hidráulica, térmica, nuclear,
etc.) que haga que la bobina gire
con una frecuencia deseada.

64. f
Eje neutro eléctrico
desplazado Escobillas.
Eje de cuadratura.
Flujo de campo.
Eje directo

65. MAQUINA
SINCRONA
MOTOR
PRIMO
CARGA
Wm
Pm
ENERGIA
ELECTRICA
CONSTITUCION DE UN SEP
SISTEMA ELÉCTRICO DE POTENCIA
MOTORES PRIMOS PARA GENERADORES
SINCRONOS
Rápidas.- En turbinas de gas ó vapor que desarrollan
velocidades de 1500, 1800, 3600.
Lentas.- Turbinas hidráulicas 60 a 720 RPM. Motores
diessel y combustión interna RPM > 200.

66. CARACTERISTICAS DE FUNCIONAMIENTO
1.- Potencia nominal ( KVA, MVA )
2.- Factor de potencia nominal
4.- Tensión nominal estatórica ( V, KV )
5.- Corriente nominal estatórica ( A, KA )
7.- Velocidad nominal ( rpm )
3.- Eficiencia nominal ( % )
6.- Frecuencia nominal ( Hz )
8.- Tensión nominal de excitación ( V )
9.- Corriente nominal de excitación ( A )
10.- Esquema de conexiones normalizadas
11.- Momento de inercia ( PD² )
12.- Clase de aislamiento estator ( H )
13.- Clase de aislamiento rotor ( H )
14.- Garantía

67. Ventilador Excitatriz
ESTATOR PRINCIPAL Puente Estator
rectificador
(+)
ROTOR PRINCIPAL Rotor PMG
(-)
ESTATOR PRINCIPAL Estator
L1 ( + ) ( - ) + -
L2
L3 A V R
Hacia la carga
Constitución electromecánica de los alternadores inductivos

68. EXCITARIZ CIRCUITO PRINCIPAL
Estator Rotor Puente Rectificador Rotor Estator
(+) T
R
S
(-)
Masa móvil
(+) (-) L2
L1
AVR L3
Constitución eléctrica de los alternadores inductivos

69. Esquema elemental del generador.
Se trata de un diagrama de
los primeros generadores
desarrollados, en los cuales
el campo era estático y el
elemento giratorio era el
inducido.Todos conocemos
que actualmente es el
campo es el que gira (rotor) y
el inducido está en el
estator.

70. Disposición del Generador.

71. Rotor del Generador.

72. Estator del Generador.

75. Generador de Itaipú.
Las máquinas generadoras
más grandes del mundo,
hasta la entrada en operación
De “Tres Gargantas” en
China.
Rotores con pesos
superiores a 1000
toneladas, son máquinas
de muy baja velocidad si
se las compara con
generadores
convencionales.

76. Características Generales :
Pot. Instalada : 69 Mw
Generación anual media : 468 Gwh
Caudal de la central : 17.5 m3/seg.
Altura Bruta de caída : 468 m.
TurbinaTipo : Pelton Eje Horiz.
Número de Unidades : 3
Puesta en Servicio(1ra. Unid.) : 1951

77. Características Generales :
Pot. Instalada : 31 Mw
Generación anual media : 193 Gwh
Caudal de la central : 21 m3/seg.
Altura Bruta de caída : 177 m.
TurbinaTipo : Francis Eje Horiz.
Número de Unidades : 2
Puesta en Servicio(1ra. Unid.) : 1960

78. Un alternador consta de dos partes
fundamentales, el inductor, que es el que crea el
campo magnético y el inducido que es el
conductor el cual es atravesado por las líneas de
fuerza de dicho campo.
Alternador
moderno

80. Bobinado estatórico superior de un
alternador de potencia

81. Bobinado Estatórico inferior de un
alternador de potencia

87. Objetivo General
CURVA DE CAPABILIDAD DE UN
ALTERNADOR
Describir los límites de operación del generador síncrono.
Desarrollar, implementar y analizar la curva de capabilidad del
generador síncrono con una aplicación real, aplicando las pruebas
correspondientes.
Objetivos Específicos
Proveer las ecuaciones matemáticas para la implementación de la
curva de capabilidad del generador síncrono.
Detallar el proceso para obtener las reactancias del generador
síncrono.
Analizar la región limitada por la curva de capabilidad en distintos
estados de operación del generador síncrono.
-
-
-
-

88. Zona de Operación: En el Diagrama de capabilidad se muestra los limites de potencia y corriente
del generador síncrono, encontramos en la zona naranja en forma de prisma invertido lazo a optima
de operación en el cual se debe de operar para tener un adecuado uso del generador y de este
modo alargar los tiempos de operación y alargar los tiempos entre mantenimiento y mantenimiento
del generador.
Zona segura de operación
(1) Máxima corriente del estator
(2) Máxima corriente de excitación
(3) Potencia máxima de la turbina
(4) Potencia mínima de la turbina
(5) Corriente de excitación cero
(6) Mínima corriente de excitación
(7) Límite teórico de estabilidad
(8) Límite práctico de estabilidad

89.  La principal diferencia entre los diferentes tipos de
generadores síncronos, se encuentra en su sistema
de alimentación en corriente continua para la
fuente de excitación situada en el rotor.
 Excitatriz principal y excitatriz auxiliar: la máquina
principal de continua tiene como bobinado de
campo otra maquina de excitación más pequeña
accionada por el mismo eje.
 Electrónica de potencia: directamente, desde la
salida trifásica del generador, se rectifica la señal
mediante un rectificador controlado, y desde el
mismo se alimenta directamente en continua al
rotor mediante un juego de contactores (anillos y
escobillas).

91. Figura1.
Ley de
Faraday
El Sistema de excitación se basa en la ley de Faraday. Para crear
tensión inducida en el devanado inducido o armadura (estator),
se debe de crear un campo magnético en el inductor o rotor de un
generador de corriente alterna.

92. La función básica de un sistema de excitación es proveer tensión
continua para el devanado de excitación de la máquina síncrona.
Asimismo, desempeña funciones de control y protección esenciales
para la satisfactoria performance del sistema de potencia mediante el
control de la tensión de campo y desde luego la corriente de campo.
Figura 2.
Sistema de
Excitación de
un G.S

93. FUNCIÓN DE LA
EXCITATRIZ
Función De
Control
- Control deTensión en las
terminales del generador.
- Control del flujo de
potencia Reactiva.
- Mejora la Estabilidad del
Sistema de potencia.
Función De
Protección
-Control de límites
de capacidad de la
máquina sincrónica,
del sistema de
excitación y de otros
equipamientos.

94. La excitatriz estática, es en la cual, la corriente continua se genera con la ayuda
de un transformador y un rectificador externo, y se 'introduce' la corriente
continua en el rotor con la ayuda de escobillas de grafito

95. Vamos a resaltar que primero conoceremos las
anormalidades o fallas que se puedan presentar en
los Alternadores y la forma en que puedan ser
detectadas y eliminadas.
Vamos a analizar las principales fallas que se
presentan durante el funcionamiento del
Alternador, siguiendo la siguiente clasificación:
 Fallas propias del generador síncrono (Alternador) o
defectos interiores.
 Fallas proveniente de la carga o defectos exteriores.

96. La falla eléctrica más común es el cortocircuito, el mismo que afecta
produciendo esfuerzos tan mayores, cuanto mayor sea la potencia del
Alternador.
Para poder controlar estos efectos ocasionados por el cortocircuito, se
deben de determinar donde se ubican, y en qué forma son detectados y
eliminados por los dispositivos de protección.
Entre las espiras de los devanados de distintas fases (cortocircuito entre
fases).
 Entre las espiras de los devanados de una misma fase (cortocircuito entre espiras).
 Entre las espiras de los devanados y la masa del estator (contacto a tierra del
estator).
 Entre las espiras del devanado y la masa del rotor (contactos a tierra del rotor).
Dentro del sistema del Alternador, es posible que se presente otra clase de
falla, cuyos efectos inmediatos afectan al buen funcionamiento del
Alternador y del sistema, esta falla es:
 Debilitación del campo (se debe a la pérdida o debilitamiento del campo).

97. Vemos en la primera imagen
el esquema de protección
diferencial conectado en
Estrella contra el
cortocircuitos entre espiras
para el alternador.
La segunda imagen, muestra
el esquema de protección
diferencial conectado en
Delta.

98.  Para este tipo de falla solo ocurre para los
casos de Alternadores con devanados
dobles.
 En estos tipos de alternadores, se puede
protegerlos mediante dos juegos de relés
diferenciales, uno conectado entre los dos
bobinados paralelos y el otro afuera, como
se muestra en la figura.
 Es posible proteger todo tipo de fallas
internas, entre las que se incluyan los
cortocircuitos entre espiras de una misma
fase y los cortocircuitos abiertos en los
devanados.

99. Para la aplicación de un determinado
sistema de protección contra fallas a
tierra del estator, está determinado
principalmente por la forma que el
punto estrella del estator esté
conectado a tierra. Para esto se usarán
dos métodos de protección:
 Si la conexión a tierra está realizada
a través de una resistencia.
 Si la conexión a tierra está realizada
a través de un transformador de
distribución.

100. Una falla a tierra en las bobinas de campo o en
el circuito de la excitatriz de un generador, no
constituye en sí un peligro para la máquina,
pero si se produce una segunda falla la parte
de la bobina incluida entre las dos fallas,
estará en cortocircuito resultando de esto un
desbalanceamiento magnético en el campo, y
a la vez éste puede ocasionar daños
mecánicos en los cojinetes de la máquina.
Existen tres métodos para detector este tipo
de falla:
 Método del potenciómetro
 Método de la aplicación de corriente
alterna

101. Cuando un generador síncrono pierde
excitación, opera como un generador de
inducción rotando sobre la velocidad de
sincronismo.
Algunos sistemas, no pueden tolerar el
funcionamiento continuado de un generador
sin excitación. Estos sistemas son aquellos que
no cuentan con reguladores de tensión de
respuesta rápida.
El sistema de protección más selectivo, es el
relé de distancia direccional, el cual funciona
tomando corriente y voltaje en los bornes del
generador.

102. Las anormalidades que se puedan presentar, tanto en las redes
como en la carga, producen efectos que se traducen en estados
peligrosos para el alternador y que por lo mismo, deben de ser
detectados y controlados por los sistemas de protección.
Las fallas eléctricas externas son:
 Sobreintensidades
 Sobretensiones
 Cargas desequilibradas
 Sobrecalentamiento
 Sobrevelocidad
 Motorización del generador

103. La sobreintensidad en los devanados del
estator, provocada por cargas elevadas
inadmisibles y de larga duración de la red, o
por desconexión de máquinas de marcha en
paralelo, tiene como consecuencia un
calentamiento inadmisible en la máquina, lo
que acarrea su destrucción.
Para este falla, se usará un relé de
sobreintensidad temporizado. El relé se
conecta a un transformador de intensidad en
el punto neutro del Alternador, o en
combinación con una protección diferencial
entre los transformadores de intensidad en el
punto neutro del Alternador y el relé
diferencial, por esta razón es efectivo también
como protección adicional en el caso de
cortocircuito de la máquina

104. Existen dos clases de sobretensiones que pueden
afectar a los Alternadores, una de origen estático a
través de las líneas y la otra de origen
electromecánico por el aumento de velocidad de las
máquinas o el incremento de la excitación.
Vamos a referirnos a aquellas sobretensiones
producidas por los súbito aumento de la velocidad
de las máquinas debido especialmente a
desconexiones bruscas de la carga.
Como protección contra el aumento prolongado de
la tensión, se usa un relé de tensión regulable que
controla directamente la tensión en los bornes
mismos del generador y que lleva una resistencia
conectada en serie para evitar la influencia de la
frecuencia.

105. Como se ve en la Figura, se
conecta a dos transformadores de
intensidad, dispuestos en dos
conductores distintos, el cual
determina la magnitud del sistema
antagónico y avisa como primera
medida cuando se ha llegado a la
carga máxima desequilibrada
permisible y permanente, luego, y
después e cierto tiempo, se
produce la desconexión.

106. Los cojinetes de las máquinas, son
también lugares donde se presentan
calentamientos excesivos que de no
ser controlados, pueden alcanzar
valores peligrosos para la integridad
de los metales de que estén fabricados
los cojinetes.
Las causas principales que pueden
provocar estos aumentos
desordenados de temperatura son: la
falta de lubricación adecuada, falta de
refrigeración, defectos de
asentamiento o alineación, presencia
de corrientes circulantes, etc.

107. El sistema de protección de
sobrevelocidad puede ser
suministrado como parte de la
máquina motriz o como parte del
regulador de velocidad o del
generador; debe de operar sobre el
regulador de velocidad o de cualquier
otro medio para así poder frenar o
parar la máquina impulsora.
Para algunos casos es preferible usar
un relé de sobrefrecuencia como
sistema de protección.

108. La protección contra la falla
por motorización
corresponde principalmente
a la máquina impulsora,
antes que al generador.
El uso de un relé direccional
de potencia (como se ve en
la figura) garantiza una
protección simple y
efectiva.

109. MOTORIZACIÓN O INVERSIÓN DE
POTENCIA

110. PROTECCIONES
DE UN
ALTERNADOR

111. Puesta en paralelo
de generadores
síncronos

112. Condiciones
1- Voltajes iguales
Si los voltajes de los generadores no son exactamente iguales, habrá un flujo de
corriente muy grande cuando se cierre el interruptor. Para evitar este problema,
cada una de las tres fases debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y
ángulo de fase que el conductor al que se conectará.
En otras palabras, el voltaje de fase a debe ser exactamente igual al voltaje en la
fase A y así en forma sucesiva para las fases B y C`.
2- Frecuencias iguales
Las frecuencias de los dos o más generadores al igual que los voltajes deben ser
las mismas .
3 -Secuencias de fase
Los dos generadores deben tener
la misma secuencia de fase.

113. Condiciones de puesta
en paralelo
1. Las Tensiones de línea de los dos
generadores deben ser iguales.
2. Los dos generadores deben tener la misma
secuencia de fases.
3. Las f.e.m. deben estar en perfecta
oposición de fase.
4. Las frecuencias deben ser iguales.

114. 1. Poner en funcionamiento el generador a conectar
Se pone en funcionamiento el regulador de velocidad para poner “presión
de aceite” al sistema hidráulico con lo que el servomotor correspondiente
abrirá la válvula distribuidora de la turbina para que salga el chorro de
agua que hará que el grupo comience a girar hasta alcanzar la velocidad
nominal.
2. Excitación
Con la excitatriz correspondiente (auxiliar y principal) se comienza a
elevar la corriente de campo que a su vez aumentará la tensión del
alternador hasta que llegue al valor nominal.
Luego, se verificará que todas las protecciones del grupo generador
estén habilitadas para proceder con las maniobras de sincronización.

115. 3. Sincronización de los generadores
El sincronoscopio se encarga de regular los parámetros el grupo generador
para que se igualen a los de la red a la que se va a interconectar; luego se
comienza a tomar carga lentamente hasta llegar al régimen de carga
establecido por el Despacho de Carga correspondiente.
Luego, se pone en servicio el sistema de agua de refrigeración para que se
comience a refrigerar los cojinetes, el alternador, el transformador y el
regulador de velocidad.
De acuerdo al estatismo asignado al grupo generador, se absorberán las
variaciones de carga que se pueden presentar en la demanda

116. Deben prender y apagar al mismo tiempo las tres lámparas. Sí prenden y
apagan muy rápido o muy lento, es debido a que tiene diferentes
frecuencias, lo cual se arregla subiendo la velocidad del motor primo y/o
aumentando el flujo de excitación con el reóstato de campo.

117. Método del Sincronoscopio

118. Ondas de Tensión de la Red y del Grupo
que va a entrar en Paralelo