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Curso de Excitaciones La Robla
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Regulación de tensióny Sistemas de Excitación.
José Quintario
20042004
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- La Robla. Curso de Regulación de Tensión y Sistemas de Excitación. -- La Robla. Curso de Regulación de Tensión y Sistemas de Excitación. -
•Rectificadores
•Conceptos básicos de regulación.
•Sistemas de Excitación
•Maquinas sincronas
•Regulador de Tensión
•Limitadores.
•Configuración de rectificadores y rectificadores
•Otros equipos asociados
Indice
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MAQUINASSINCRONAS.
20042004
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Máquina Síncrona.
Rotores
Estator
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Máquina Síncrona. Ecuacionesbásicas eléctricas.
e = dφ / dt
MAQUINA SINCRONA
Ω
+
-
V
E = K1 n φ φ = K2 If
E = K1 K2 n If
E = 4,44 N f φ
e Fuera electromotrizE Tensión eficazN Número de espirasn rpmf Frecuenciaφ flujo magnéticoIf Intensidad de campoK Constantes
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Máquina Síncrona. Ecuacionesbásicas mecánicas.
Mmotor - Meléct = J ( dΩ / dt)
Meléct Par eléctricoMmotor Par motorJ Momento de inerciaΩ Velocidad angular
Ω
Mmotor Meléct
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Máquina Síncrona. Curva devacio.
E = K1 K2 n If
E=K If
Codo saturación
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Máquina Síncrona. Modeloequivalente.
Modelo equivalente.Máquina síncrona no saturada.Eo = K Iexc.
Iexc.
Eo U
Xd
I
U = E - jXd I
Eo
Uj Xd I
I
δ
φ
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Máquina Síncrona. Modeloequivalente.
Eo
U Xd I
I
δ
φ
Xd I Cos φ
Xd I Sen φ
φ
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Máquina Síncrona. Diagramade Potencias.
Eo
U Xd I
I
δ
φ
Xd I Cos φ
Xd I Sen φ
φ
P = 3 U I Cos φ
Q = 3 U I Sen φ
Multiplicando el gráfico por 3U/Xd
P
Q
Xd I Cos φ = E Sen δ
P = (3 U/ Xd) E Sen δ
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Máquina Síncrona. Diagramade Potencias.
P
Q
Circunferencias de Corriente de estator constante
Circunferencias de Corriente de rotor constante
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Máquina Síncrona. Límite deángulo polar.
P = (3 U/ Xd) E Sen δ
P
3 Eo U senδ 3 U (Xd-Xq) sen 2δP = + Xd 2 Xd Xq
3 Eo U senδ 3 U (Xd-Xq) sen 2δM = + Ωs Xd Ωs 2 Xd Xq
δδδδ
MPar máximo
I exc. máx
δ1 δ2
100 A
80 A
60 A
Mc
Q2 < Q1δ 2 > δ1
Potencia
Par
Q
12Pc
Q2 Q1
δ = 90 º
Limite teórico de estabilidad δ = 90 º
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Máquina Síncrona. Límites defuncionamiento.
• Limitación mínima excitaición• Limite corriente de estator• Límite corriente de rotor• Limite potencia activa
P
Q
1
2
3
4
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Máquina Síncrona rotor liso.
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Máquina Síncrona polossalientes.
• Limitación mínima excitaición• Limite corriente de estator• Límite corriente de rotor• Limite potencia activa• Corriente de excitación nula.
P
Q
1
2
3
4
5
3 Eo U senδ 3 U (Xd-Xq) sen 2δP = + Xd 2 Xd Xq
Potencia
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Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 16
Máquina Síncrona polossalientes.
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RECTIFICADORES.
20042004
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Conceptos básicos deRectificadores.
Diodo
Tiristor
IGBT
Tensión Entrada Tensión Salida
α
Ángulo de disparo
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Conceptos básicos de Rectificadores.Disparo Tiristores.
Pulsos de disparo tiristores Tensión de salida del puente
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CONCEPTOS BASICOSDE REGULACION.
20042004
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Conceptos básicos de regulación.Control en lazo abierto.
Sistema
Variable a regularVariable manipulable
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Conceptos básicos de regulación.Control en lazo cerrado.
Regulador SistemaConsigna
Perturbación
Variable a regular
Variable manipulable
Regulador+-
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SISTEMAS DEEXCITACIÓN.
20042004
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SISTEMAS DE EXCITACION
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Clasificación de los sistema de excitación.Tipo de alimentación al campo principal.
•DIRECTAS (Estáticas)
•INDIRECTAS (Con excitatriz)
•Excitatriz de Corriente Alterna y diodos rotátivos (Brushless)
•Excitatriz de Corriente Alterna y diodos estacionarios
•Excitatriz de Corriente Continua.
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Clasificación de los sistema de excitación.Tipo de alimentación al rectificador
•Desde bornas del generador (Shunt).
•Sin compundaje
•Compundanje serie
•Compundanje vectorial
•Excitación forzada
•Desde barras seguras.
•Generador de imanes permanentes. (PMG)
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Tipos de excitaciones.Tipo de alimentación al campo principal.
•Excitación indirecta con excitatriz rotativa.
•Excitación (directa) estática.
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Tipos de excitacionesindirectas.
•Excitación sin escobillas con diodos rotativos y excitatrizde alterna
•Excitatriz de alterna con diodos no giratorios
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Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 29
Tipos de excitacionesindirectas.
•Excitatriz decorriente continua
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Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 30
Tipos de alimentación de laexcitación.
•Desde bornas del generador.
•Desde barras seguras.
![Page 31: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/31.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 31
Tipos de alimentación de laexcitación.
•Generador de imanespermentes.
![Page 32: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/32.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 32
Tipos de alimentación de laexcitación.
•Compundaje serie.
•Compundaje vectorial.
![Page 33: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/33.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 33
Tipos de alimentación de laexcitación.
•Excitación forzada contransformador de compundaje.
•Excitación forzadacon baterias
![Page 34: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/34.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 34
Generador con excitaciónestática
La excitación ataca directamente al rotor.Tiene escobillas y anillos
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Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 35
Generador con excitación sinescobillas
1 Polos excitatriz
1
2
3
4
5
2 Parte giratoria excitatriz
3 Diodos rotativos
4 Polos máquina principal
5 Estator máquina principal
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Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 36
Generador con excitación sinescobillas
4 Polos máquina principal
2 Parte giratoria excitatriz
3 Diodos rotativos
![Page 37: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/37.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 37
Generador con excitaciónalimentada por PMG
La excitación es alimentada por un generador de imanes permanentes.Este generador está acoplado al eje directamente o a través de una reductora.
Generador imanes permanentes
Cojinete
Sondas de temperaturaen metal y aceite. (Pt 100)
AVR
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Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 38
Generador con excitatriz decorriente continua.
![Page 39: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/39.jpg)
REGULADOR DETENSIÓN.
20042004
![Page 40: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/40.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 40
Esquema básico de unregulador de tensión.
U
-Consigna
U+
PID+
-
Acondicionamientoseñal
R
L
![Page 41: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/41.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 41
Regulación de tensión.
Consigna
Tensión de grupo
Salida regulador
Corriente campo
![Page 42: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/42.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 42
Canal manual.
-Setpoint
If+
PI+
-PI regulator Pulse generator
Controlled Rectifier
U/Un
1
If0 Ifn
Atención con operar en manual
![Page 43: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/43.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 43
Regulación Reactiva.(regulación sobreimpuesta)
P
Q
U
-+
PID
+
-
I
=
PI
+ -
Q Setpoint
Q
![Page 44: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/44.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 44
Regulación de Factor de potencia.(regulación sobreimpuesta)
Q
P
U
-+
PID
+
-
I
=
PI
+ -
FP Setpoint
PF
![Page 45: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/45.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 45
Condiciones de activaciónregulación sobreimpuesta.
-
+
-PI
+
-Consigna
Energía reactiva
Q
+PID Generador Red
Lazo regulación tensión
Lazo regulación de reactiva
Otras señalesal punto suma
&
Interruptor grupo cerradoInterruptor de red cerrado
No limitadoresSelección regulador
Perturbaciones en la redConexión y desconexión bruscas de cargasCortocircuitos...
Lazo regulación tensión
![Page 46: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/46.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 46
Secuencia de Arranque/Parada.
rpm
kV
MW
MVAr
ReguladorVelocidad
Reguladortensión
Sincronizador Cierre interruptor
grupo
Reguladorreactiva
![Page 47: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/47.jpg)
LIMITADORES.
20042004
![Page 48: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/48.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 48
LIMITADORES
![Page 49: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/49.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 49
Limitación corriente deexcitación.
If/Ifn
t [s ]
1,6
1,05
3 s
Etapa instantánea 160 % 3sRégimen permanente 105 %Curva térmica
![Page 50: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/50.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 50
Limitación corriente de estator.
P
Q
Reducir excitaciónAumentar excitación
Zona de funcionamiento subexcitada
Zona de funcionamiento sobreexcitada
![Page 51: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/51.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 51
Limitación mínima excitación.
P
θ
Relé de pérdidade excitación
Limitadormínima
excitación
![Page 52: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/52.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 52
Limitación V/Hz.
E = 4,44 N f K If
Limites de funcionamiento V/Hz.(en zonas próximas de la velocidad nominal)
U/Un
Hzrpm
1
50
1
Limites de funcionamiento V/Hz.(durante el arranque de la máquina)
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CONFIGURACIÓN DEREGULADORES YRECTIFICADORES.
20042004
![Page 54: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/54.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 54
Redundancia de Reguladores.
•Monocanal con regulador manual
AVR
ReferenciaAUTO
ReferenciaMANUAL
Generación de pulsos
•Doblecanal Automático- Manual
AVR
ReferenciaAUTO
ReferenciaMANUAL
Generación de pulsos
Generación de pulsos
![Page 55: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/55.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 55
Redundancia de Reguladores.
•Doblecanal Automático.
AVR
ReferenciaAUTO
Generación de pulsos
AVR
ReferenciaAUTO
Generación de pulsos
![Page 56: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/56.jpg)
Date of last change Reference/Name of Presentation/SN 56
Redundancia de Rectificadores.
•Rectificador único. (sin redundancia)
Generación de pulsos
•Dos Rectificadores en paralelo. (1+1)
Generación de pulsos
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Redundancia de Rectificadores.
•Varios Rectificadores en paralelo. (n-1)
Generación de pulsos
Amplificador de impulsos
Amplificador de impulsos
Amplificador de impulsos
Amplificador de impulsos
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OTROS EQUIPOSASOCIADOS.
20042004
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Tipos de Cebado.
Cebado DC
Cebado AC
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Cebado.
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Cebado y Arranque suave.
Final del cebado
Sobrepaso nulo
Tensión de grupo
Salida regulador
Corriente campo
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Protección de diodos rotativos.
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Protección de diodos rotativos.Diodo abierto.
≈
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Protección de diodos rotativos.Diodo en cortocircuito.
≈
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Protección de sobretensión rotor.
R
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Protección de sobretensión rotor.
R
![Page 67: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/67.jpg)
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Equipo de Desexcitación.
RUf
If Operación normal
RUf
IfCierre polo auxiliar(solape)
R
IfApertura polos principales
Polo auxiliar(con solape)
Polos principales
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SINCRONIZACION
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SINCRONIZACION.
20042004
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Condiciones de cierre delinterruptor
• Igualdad de módulos de tensión (regulador de tensión)• Igualdad de frecuencias (regulador de velocidad)• Igualdad de fase
Voltímetro doble
Frecuencímetro doble
Sincronoscopio
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Circuito equivalente
GENERADOR
Xgen XredXtrafo
REDTRAFO
Egen Ered+ +
![Page 72: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/72.jpg)
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Cierre del interruptor
GENERADOR
Xgen XredXtrafo
REDTRAFO
Egen EredI
I = Egen - Ered
Xgen + Xtrafo + Xred
+ +
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Generador supersíncrono
Tensión del Generador
Tensión de Red
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Oposición de polos
Ered
Egen
δ
I = Egen - Ered
Xgen + Xtrafo + Xred
-100
-50
0
50
100
Atención polaridad de los trafos de tensión
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Flujo de potencia activa
Ered
Egen
δ
Potencia Transmitida
P = Sen δ Ered x Egen
Xgen + Xtrafo+ Xred
• Corrientes elevadas• Desequilibrios en la red• Pérdida de vida del eje
![Page 76: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/76.jpg)
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Sincronización manual
SubirTensión
BajarTensión
SubirVelocidad
BajarVelocidad
CERRAR
ABRIR
![Page 77: Curso de Excitaciones La Robla](https://reader035.fdocuments.co/reader035/viewer/2022062421/55cf98c3550346d0339983fc/html5/thumbnails/77.jpg)
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Sincronización automática
TensiónRED
Tensión GRUPO
Tensión
+-
Velocidad
+-
Orden
Cierre delinterruptor
IUI
IUI
PID
PIDα
dαdt
&
∆U
∆s
α
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Máquina Síncrona. Ecuacionesbásicas mecánicas.
Mmotor - Meléct = J ( dΩ / dt)
Meléct Par eléctricoMmotor Par motorJ Momento de inerciaΩ Velocidad angular
Ω
Mmotor Meléct
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