ACOPLAMIENTO EN PARALELO DE ALTERNADORES
ACOPLAMIENTO EN PARALELO DE ALTERNADORES Condiciones para el
paralelo.La condicin para poner en paralelo dos generadores de
corriente continua es que se cumpliese la igualdad de tensiones y
de polaridades. La polaridad se cuida al efectuar las conexiones a
barras en la usina, de modo que una vez verificada la unin de polos
positivos y negativos entre s, se asegura cumplir siempre con ese
requisito. Para realizar la conexin en paralelo slo bastaba regular
la tensin de la mquina que deba acoplarse hasta igualar la de la
mquina que ya estaba conectada.En los alternadores esas dos
condiciones no bastan, puesto que al ser variables las tensiones
durante cada ciclo, puede suceder que se acoplen las dos mquinas en
el instante que la tensin de una es mxima y la de la otra es
cero.Se tendrn entonces tres condiciones para la conexin en
paralelo. La primera es que siendo dos alternadores trifsicos, la
sucesin de fases sea igual en ambos. Esto corresponde a la igualdad
de polaridad en corriente continua. Si se hacen las conexiones en
la usina de forma que se cumpla ese requisito no habr que
preocuparse ms de ese detalle. La figura 102 muestra el esquema de
conexiones para acoplar en paralelo dos alternadores.La segunda
condicin es tambin similar al caso de mquinas de corriente
continua, pues se establece la igualdad de tensiones en ambos
alternadores. Si se conectan dos voltmetros como se ve en la figura
y se regula la tensin de la excitatriz del alternador que se quiera
acoplar hasta que la tensin indicada en su voltmetro sea igual o
ligeramente superior a la de la indicada por la otra mquina, ese
sera el momento de cerrar la llave de acoplamiento, pues la segunda
condicin est cumplida. Pero la maniobra no se puede hacer hasta
verificar la tercer condicin.Para que se puedan unir entre s los
tres conductores de dos sistemas trifsicos es menester que
coincidan la frecuencia y las fases de las tres tensiones; este
conjunto equivale a la tercer condicin citada. La frecuencia de
cada alternador la indica el frecuencmetro conectado a ese efecto.
Si observando el frecuencmetro de la que se quiere acoplar se
observa que la indicacin difiere de la otra mquina, habr que
regular la velocidad de la primera hasta tener lecturas
coincidentes en los dos frecuencmetros. Hasta aqu se ha cumplido
una parte de la tercer condicin. Falta verificar que las tres
tensiones estn en fase, o por lo menos verificar la tensin de una
fase de cada mquina, pues es suficiente. Esta operacin se llama
sincronizacin y sobre ella volveremos ms adelante.Estudio del
paralelo.Supuesto el caso de dos alternadores iguales (ver fig.
102), cuyas impedancias internas son iguales (z) y sus
ff.ee.mm.
difieren en magnitud y fase, si se los conecta en paralelo sobre
un carga de impedancia Zc se producir una corriente de circulacin
de valor:
siendo a el defasaje angular entre las dos ff .ee.mm. E1 yE2. La
intensidad con que cada mquina contribuye a la carga total / es la
misma para ambas:
y la corriente real que circula por los alternadores es la
corriente de carga a la que se suma o se resta la corriente de
circulacin segn cual sea la f.e.m. mayor. Suponiendo E1 mayor, se
tiene que los valores de las corrientes reales son:
siendo todas las expresiones anteriores de carcter vectorial. Se
pueden plantear algunos casos particulares:
a) ff.ee.mm. iguales en magnitud, pero desfasadas de un ngulo a.
La corriente de circulacin ser:
b) ff.ee.mm. en fase ( = 0), pero distintas en magnitud: (E1 -
E2 = (E corriente de circulacin toma el valor:
Las razones precedentes hacen que se trate en la medida de lo
posible de evitar las corrientes de circulacin al poner en paralelo
dos mquinas de alternada. En desequilibrio, la mquina avanzada debe
suministrar un exceso de potencia que lo absorbe la atrasada. Este
exceso, llamado "potencia sincronizante", tiende a restablecer el
equilibrio, es decir, tiende a avanzar la segunda mquina para
nivelarla con la primera. La cupla sincronizante depende del nmero
de polos de la mquina (p), de la corriente de carga (Ic), de la
corriente de cortocircuito (Icc) y del coeficiente de autoinduccin
del devanado (L), de modo que:
Resumiendo, la perturbacin de fase reduce la tensin de la usina
y la de excitacin (diferencia de ff.ee.mm.) la reduce o aumenta,
segn falte o sobre, respectivamente.
Cualquiera de las condiciones expuestas anteriormente para el
acoplamiento en paralelo que deje de cumplirse, acarrea la aparicin
de corrientes de circulacin, y con ellas, cuplas sincronizantes que
tienden a restablecer la marcha normal.Sincronizacin de
alternadores.
Sabemos que para conectar en paralelo dos alternadores hay que
cumplir 3 condiciones: tensiones en fase, igualdad de las mismas y
coincidencia de frecuencias. Refirindonos siempre al esquema de la
figura 102, las operaciones se realizan en el siguiente orden:
Supongamos que la mquina 1 est en marcha y se desea acoplar en
paralelo la mquina 2. Se pone en marcha la mquina 2 y se verifican
la tensin y la frecuencia en los aparatos de su tablero. Hay que
dar a la segunda mquina una tensin un poco mayor que la de la
primera, porque al tomar carga se producirn cadas de tensin
internas que reducirn su tensin. Para hacer coincidir la frecuencia
se actuar sobre la velocidad del motor de propulsin de la segunda
mquina. Resta ahora esperar el momento en que se produce la
igualdad de fases o sea el sincronismo.
La sincronizacin de alternadores se puede hacer en forma manual
o automtica. Veamos primero el sistema manual, para lo cual nos
referiremos en primer trmino a la figura 103 a.
Si se conectan dos lmparas en serie y entre fases homologas de
los dos alternadores, cuando las tensiones de esas dos fases
coincidan en su fase las lmparas permanecern apagadas. Si en cambio
las dos tensiones estn en oposicin de fase las lmparas encendern a
pleno brillo, pues la tensin aplicada a la serie es el doble de
la de fase, pero hay dos lmparas en serie.
Si las dos tensiones no estn en fase ni en oposicin de fase,
sino que guardan un apartamiento angular entre O y 180 la tensin
aplicada en las lmparas depender de ese apartamiento y encendern
con ms o menos brillo. El acoplamiento de los dos alternadores debe
realizarse cuando las lmparas estn apagadas.
Si se conectan dos lmparas en la forma como se ve en la figura
103 b, entre fases distintas entre ambos alternadores, cuando las
tensiones de una mquina estn en fase con las tres de la otra, las
lmparas encendern a pleno brillo. Los alternadores deben acoplarse
en el momento que las lmparas enciendan a pleno.
Los dos sistemas descriptos se pueden emplear siendo el a ms
preciso pero menos seguro que el b. Ms preciso, porque es ms fcil
notar el momento en que las lmparas estn totalmente apagadas que
cuando las lmparas estn en su mximo brillo. Y menos seguro porque
si durante la operacin se queman las lmparas, al no verse la luz
podra suponerse que llegamos al punto de acoplamiento.
Un dispositivo que permite comprobar al mismo tiempo la igualdad
de frecuencia y de fase, cuyas dos operaciones en conjunto se
denominan sincronizacin, se ve en la figura 104. Seis lmparas se
conectan en serie de a pares; un par entre fases homologas y los
otros dos pares restantes cruzados.
El conjunto se llama rosa de sincronismo, y se ve que se trata
de una combinacin de los dos sistemas ilustrados en las figuras 103
a y b. Si las tensiones del alternador que se desea acoplar no estn
en fase con las del que ya est conectado, las lmparas van
encendiendo en forma cclica y se observa que todo pasa como si un
punto luminoso girara. La velocidad de giro est dada por la
diferencia de frecuencia entre las dos mquinas, y cuando se produce
la igualdad de frecuencia y fase, la luz queda detenida,
permaneciendo encendidas las cuatro lmparas inferiores.
Sincronizacin automtica.
La operacin de sincronizacin descripta anteriormente se hace en
forma manual, pero hay sincronizadores automticos que actan
simultneamente sobre el restato de campo de cada excitatriz, sobre
los reguladores de velocidad de motores de impulso y sobre los
interruptores generales de ambos alternadores.
El sistema Hartman y Braun (ver fig. 105), es en rigor
semiautomtico, pues requiere regulacin previa de la tensin de la
mquina G2, que va a entrar en paralelo, hasta igualar la de G1.
Tiene un voltmetro diferencial D, cuyas bobinas estn alimentadas
mediante transformadores de tensin, desde fases homologas de ambas
mquinas. Mientras hay diferencia de fase se encienden las lmparas
roja o verde (r y v resp.), permaneciendo excitado el relay (1) y
abiertos sus contactos. Llegado al sincronismo, estos ltimos se
cierran por faltar excitacin a su relay al quedar la aguja del
voltmetro D en el centro. Se enciende, pues, la lmpara blanca (b) y
al no haber tensin en los bornes de la lmpara de sincronismo (s),
cae la armadura del relay (2) y se excita el (3), que es un relay
de tiempo. Si los contactos (1) (2) y (3) permanecen cerrados
simultneamente, un cierto lapso, el electroimn (4) queda bajo
tensin y cierra el interruptor principal de la mquina G2.
El sistema Brown Boveri (ver fig. 106) es completamente
automtico, pues incluye la regulacin previa de la tensin de la
mquina que va a entrar en paralelo sobre las barras. Dos motores de
induccin trifsicos (A), estn montados de modo que su cupla es
diferencial, y uno de ellos se conecta a la tensin de barras, y el
otro a los bornes de la mquina. Segn prevalezca uno u otro sentido
de giro, la manija del restato de campo de la excitatriz gira y se
produce una variacin de tensin hasta que el grupo (A) permanezca
equilibrado. Al mismo tiempo, un relay B tiene doble bobina,
excitadas con la tensin de barras y de la mquina, de modo que
cuando ellas sean iguales el ncleo cae y cierra un par de
contactos. D es un motor asincrnico, cuyo rotor est movido por el
regulador de velocidad del motor propulsor. El estator y el rotor,
estn conectados a la mquina y a barras respectivamente. La palanca
(a) mantiene cerrados un par de contactos cuando los devanados
tienen igual frecuencia, y la (b) cuando tienen igual fase. Si se
mantienen cerrados simultneamente todos los contactos en serie con
la alimentacin del electroimn (C), ste engancha el interruptor
principal y la maquina entra a barras.
