Seccin IVNormas de funcionamiento aplicables a

todos los equipos

Control IndustrialGabriel Cabrales Martnez

Ral Rangel Torres

Juan Jos Rojas Martnez

Mara Jos Herrera Hernndez

Jess Salvador Ramos Cortez

Anays Medina Len

Parte 32Generadores sncronos

Generadores sncronos

Mquina elctrica rotativa capaz de transformar energa mecnica en energa elctrica.

Tambin conocidas como mquina sncronas.

La razn de ser llamada generador sncrono es por la igualdad entre la frecuencia elctrica comola frecuencia angular, es decir, el generador girar a la velocidad del campo magntico. A estaigualdad de frecuencias se le denomina sincronismo.

Clasificaciones

Esta seccin cubren los generadores sncronos del tipo rotatorio en el campo de velocidades y enlas clasificaciones incluidas en las tablas 32-1 y 32-2.

Los motores asncronos, se clasifican de acuerdo al valor de kVA y de kW.

El rango de clasificacin de los generadores sncronos para velocidades de 50 y 60 Hz con factorde potencia de 0.8, se muestra en la tabla 32-1.

La clasificacin de acuerdo a los grados de velocidad se muestran en la tabla 32-2.

Otra clasificacin importante es segn el voltaje de operacin.

Las tensiones nominales de 60 Hz, se muestran en la tabla 32-3.

Las tensiones nominales de 50 Hz, se muestran en la tabla 32-4.

Tabla 32-3

Tabla 32-4

Rango de frecuencias y temperatura

Las frecuencias de operacin de los generadores asncronos son de 50 y 60 Hz.

El aumento de la temperatura de los generadores sncronos, en condiciones de carga nominal,por encima de la temperatura del aire de refrigeracin, no exceder los valores mencionados enla tabla 32-5.

Las temperaturas sern determinadas en base a IEEE Std 115.

Los aumentos de temperatura de la tabla 32-5, se basan en los generadores rated sobre una basede servicio continuo.

Para las mquinas que operan bajo la presin baromtrica y que son diseados para exceder laelevacin de temperatura indicado en altitudes de 3300 ft a 13000 ft, la temperatura se eleva.

Tabla 32-5

Sobrecarga instantnea mxima

Los generadores sncronos sern capaz de llevar a una sobrecarga de 1 minuto para la carga deexcitacin nominal, de acuerdo con la siguiente tabla:

El factor de potencia y de tensin ser diferente de 0.8 para los valores nominales de sobrecarga.

Adems existir un aumento en la temperatura y una reduccin en el aislamiento de vida.

Por lo tanto el generador no debe ser sometido a esta condicin extrema durante ms de un par deveces (mximo 1 minuto).

Capacidad de sobrecarga

Los generadores sncronos de uso general, debern ser adecuados para el funcionamiento a unasobrecarga del generador del 10% durante 2 horas. Esto en un trabajo constante durante 24 horasde operacin.

Cuando se opera en cualquier carga superior a la carga nominal, existir un aumento de latemperatura, por lo que se deber tener mayor cuidado.

La desviacin mxima del factor de potencia de un circuito abierto lnea a lnea de la terminal devoltaje de un generador sncrono, no deber exceder 0.1.

Factor influencia de telfono (TIF)

El factor de influencia de telfono (TIF) es la medida del posible efecto de armnicos en la ondade tensin del generador en los circuitos telefnicos.

Este factor TIF se puede establecer mediante las siguientes tablas, basados en los factores deponderacin, los cuales no podrn ser superados de los mencionados a continuacin:

Factor de influencia de telfono TIF

Los factores de frecuencia nica telefnica de ponderacin TIFF, son como se indican en la tabla 32-6.

Eficiencia

La eficiencia y las prdidas se determinarn de acuerdo con IEEE Std 115. La eficiencia serdeterminada en condiciones nominales.

Las siguientes prdidas incluirn en la determinacin de la eficiencia:

A) Prdida 2 de la armadura.

B) Prdida 2 de campo.

C) Prdida en el ncleo

D) Prdida de carga Stray.

E) Prdida por friccin y efecto del viento.

F) Prdida de excitacin.

Eficiencia

Requiere energa para los elementos auxiliares, tales como bombas o ventiladores, los cuales son necesarios para el funcionamiento del generador.

En la determinacin de las prdidas 2, en todas las cargas, la resistencia de cada devanado secorregir a una temperatura ambiente de 25 C.

Cuando no se ha medido el aumento de la temperatura de la carga nominal, la resistencia deldevanado ser corregido de la siguiente manera:

Requerimientos de corto circuito

Un generador sncrono, deber ser capaz de soportar sin dao alguno 30 segundos de cortocircuito entre sus terminales cuando se opera en kVA y de acuerdo al factor de potencia, a un 5%de sobretensin con excitacin fija.

El generador deber ser capaz tambin de soportar sin sufrir daos entre sus terminales cualquierotro cortocircuito durante 30 segundos o menos. Esto bajo ciertas condiciones establecidaspreviamente en la norma.

Con el regulador de tensin, la duracin permisible, t, de la corriente de cortocircuito serdeterminada a partir de la siguiente ecuacin, en situaciones donde el regulador est diseadopara proporcionar tensin continua durante un cortocircuito.

Desequilibrio de corriente continua

Un generador sncrono deber ser capaz de soportar, sin sufrir daos, los efectos de undesequilibrio de corriente continua correspondiente a una fase negativa de corriente 2 de lossiguientes valores, siempre y cuando kVA nominal no se exceda del 105% en cualquier fase depuntuacin.

NOTA. La corriente negativa de secuencia de fase se expresa como un porcentaje de calificacinde corriente del estator.

Estos valores tambin expresan la secuencia de fase negativa de corriente en el generadorreducida kVA, como porcentaje de la corriente del estator.

Operacin con cargas asimtricas o no lineales

Las cargas no lineales son resultado de una distorsin de la corriente de una forma sinusoidalcuando se aplica una tensin.

Un generador sincrnico deber ser capaz de soportar, sin daos, el efecto de funcionamientocontinuo con carga nominal en un circuito de este tipo siempre que el valor instantneo de lacorriente fundamental en ms de un 5% de la amplitud .

Sobre velocidades

Generadores sincrnicos debern de fabricarse de manera que, en caso de emergencias noexceda de 2 minutos. Estos van a resistir sin daos mecnicos de acuerdo a lo siguiente:

Generador sncrono con regulador de voltaje

Cuando un generador sncrono se somete a un cambio de carga repentino, habr un cambio en elvoltaje terminal.

Una de las funciones del sistema excitador-regulador, es detectar este cambio en el voltajeterminal para poder variar la excitacin del campo segn sea necesario para restaurar el voltajeterminal.

La desviacin transitoria en la tensin de salida mxima que se produce es una funcin de lamagnitud, factor de potencia y tasa de cambio de la carga aplicada. Tambin del tiempo derespuesta, velocidad del motor primario tras el cambio de carga repentino.

Por lo tanto, el rendimiento de tensin transitoria es un criterio de rendimiento del sistema queimplica que el generador, excitador, regulador y motor primario no puedan establecerse sobre labase de datos del generador por si solos.

El alcance de esta seccin es solo el sistema generador y excitador-regulador. Rendimiento delmotor primario, su gobernador y controles asociados estn fuera del alcance de NEMA.

Definiciones

Regulacin de tensin transitoria. Es la desviacin mxima de tensin que se produce comoresultado de un repentino cambio de energa.

Voltaje DIP (cada de tensin). Regulacin de la tensin transitoria que se produce comoresultado de un aumento repentino de la carga.

Sobretensin transitoria. Rebasamiento de tensin mxima por encima de la tensin nominalque se produce como resultado de la respuesta del sistema excitador.

Regulacin de voltaje en estado estable. Se produce como resultado de un cambio de cargadespus de que todos los transitorios debido al cambio de carga que ha decado a cero.

Tensin de recuperacin. Tensin mxima que puede obtenerse para una condicin de cargaespecificada.

Tiempo de recuperacin. Intervalo de tiempo requerido para que el voltaje de salida puedavolver a una condicin especificada despus de un cambio repentino de carga especificado.

Tensin de rendimiento

El registrador de voltaje utilizado para hacer mediciones debern cumplir las siguientesespecificaciones:

a. Tiempo de respuesta < 1 ms.

b. Sensibilidad > 1 % por mm.

Ejemplos

Un grfico de tira de voltaje de salida como una funcin del tiempo demuestra el rendimientotransitoria del generador, excitador y sistema regulador a los cambios repentinos de carga.

Un ejemplo de una tensin de grfico de cinta grabadora se ilustra en la figura 32-2.

Las cartas marcadas y clculos de muestra deben utilizarse como una gua para determinar elrendimiento del generador, excitador, regulador cuando se somete a un cambio de cargarepentino.

Cargas de arranque del motor

La simulacin de carga debe presentar las siguientes caractersticas:

a. Impedancia constante.

b. Factor de potencia < 0.3 rezagado.

c. El sistema debe inicializarse a temperatura ambiente.

Presentacin de datos

Las curvas de rendimiento de la regulacin de voltaje transitorio, deben ser identificados comotensin DIP (en porcentaje de la tensin nominal) vs carga kVA.

Las caractersticas de rendimiento variarn considerablemente para los generadores de rangoamplio de tensin. Figura 32.4.1, al operar sobre el amplio rango de tensin de ajuste.

Por tanto, el porcentaje hueco de tensin frente a la curva de carga kVA, debe mostrar elrendimiento en los extremos de la gama del funcionamiento es decir: 208/416 V y 240/480 V,para generadores discretos de tensin.

Ante la falta de informacin publicada por los fabricantes, el valor de la cada de tensin puedeser estimado por constantes de la mquina con sujecin a las condiciones establecidasanteriormente.

a. Tiempo de respuesta del regulador de voltaje < 17 ms.

b. Excitacin del techo del sistema > 1.5.

c. Tensin de campo nominal

Formas de especificacin de rendimiento

El formulario de especificacin para la inclusin de los datos de rendimiento de los generadoressncronos ser como sigue:

Pruebas de fbrica de rutina

Las siguientes pruebas se efectuarn en todos los generadores y excitadores.

a. Resistencia de los devanados de armadura y de campo.

b. Polaridad de bobinas de campo.

c. Alto potencial de prueba de acuerdo con caractersticas mostradas posteriormente.

Pruebas de alta tensin

La tensin de prueba para todos los generadores ser una tensin alterna cuyo valor eficaz es de1000 V, ms dos veces la tensin nominal de la mquina. Pero en ningn caso un voltaje inferior a1500 V.

Se recomienda mantener el valor eficaz para cada generador sncrono.

La tensin de prueba para todos los generadores con anillos colectores ser una tensin alternacuyo valor efectivo se obtiene de la siguiente manera:

a. Tensin nominal de excitacin < 500 V.

b. Calificados de tensin de excitacin > 500 V.

Placa de marcado

La siguiente informacin proveer a los artculos que no deben estar en la misma placa porabreviaciones.

a. Tipo de manufactura y eje de designacin.

b. kVa de salida.

c. Factor de potencia.

d. Tiempo de puntuacin.

e. Picos de temperatura.

f. Rango de velocidad en rpm.

g. Voltaje.

h. Frecuencia.

i. Voltaje de excitacin.

Placa de marcado

Informacin adicional debe incluirse en la placa.

a. Cdigo IP.

b. Nombre de quin manufacturo, marca y logo.

c. Localizacin de planta manufacturera.

d. Nmero serie.

e. Diagrama de conexin interna.

f. Velocidad momentnea mxima.

g. Temperatura mxima ambiente de exposicin.

h. Peso aproximado.

i. Direccin de rotacin para mquina unidireccionales.

Tolerancias y dimensiones lmites