UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE HONDURAS EN EL VALLE DE
SULA
TEMA: SISTEMAS DE CONTROL DE EXCITACIN
ASIGNATURA: PLANTAS ELCTRICAS
CATEDRATICO: ING. HUGO RAMIREZ
INTEGRANTES: JESUS ALBERTO ENAMORADO20102000268 JORGE ESAU MEJIA
SANTOS..20082000388 CRISTHIAN GABRIEL SOLANO20102005303
INTRODUCCIONEl objetivo principal de un sistema de excitacin es
realizar el ajuste automtico de la corriente de campo de modo que
se mantenga el voltaje de salida de acuerdo a los valores
especificados. El sistema de excitacin entendido como la fuente de
corriente de campo para la excitacin principal de una mquina,
incluyendo los medios de control es el punto inicial. El sistema de
excitacin incluye, entonces, todos los equipos requeridos para
suministrar la corriente de campo a la excitacin principal de la
maquina elctrica, as como cualquier equipo que permita la regulacin
y el control de la corriente de campo entregada.Dada la existencia
de plantas relativamente antiguas en operacin en el medio, se
revisan los esquemas tradicionales de excitacin con base en mquinas
rotativas acopladas al eje principal de la mquina. Se considera el
arreglo consistente en excitatriz principal y auxiliar.
MARCO TERICO
En un principio los sistemas de excitacin eran controlados
manualmente, fue hasta en los aos que se empez a utilizar un
sistema que funcionaba con pequeas seales que activaban reguladores
pero el funcionamiento de estos era un poco lento. Posteriormente,
debido al avance en los lazos de control realimentado se
automatizaron e incorporaron masivamente a los sistemas. El
siguiente paso fue la introduccin de la electrnica de potencia, con
la cual se usaron rectificadores de gran eficiencia. En la
actualidad existen sofisticados esquemas de control de excitacin,
basados en numerosos lazos de control y electrnica de potencia de
ltima generacin. El sistema de excitacin debe contribuir al
efectivo control de la tensin y a mejorar la estabilidad
transitoria del sistema (respondiendo rpidamente ante
perturbaciones) y la estabilidad de pequea seal (modulando el campo
del generador).Los sistemas de excitacin han tomado muchas formas a
travs de los aos de su evolucin. En trminos generales, dependiendo
de la fuente de poder usada en la excitacin se pueden clasificar en
tres categoras: Corriente continua (SCE DC) Corriente Alterna (SCE
AC) Esttica
Excitacin de Corriente ContinuaLa excitacin de este tipo utiliza
generadores DC como fuentes de excitacin de poder para proveer la
corriente al rotor de la mquina sncrona. El excitador puede ser
impulsado por un motor o, aprovechando la energa primaria, por el
mismo eje del generador. Puede ser excitada por si misma o excitada
en forma separada. Los SCE DC representan los primeros sistemas,
desde los aos 20 a 60. Estos pierden importancia a mediados de los
60 cuando aparecieron fuertemente los de excitacin AC. Por ello en
la actualidad los SCE DC estn desapareciendo gradualmente, debido a
la antigedad de algunos estn siendo reemplazados por excitacin AC o
estticos. En algunos casos los reguladores de voltaje son
reemplazados por modernos dispositivos electrnicos. Muchos de los
SCE DC estn an en servicio, y requieren de modelos de estabilidad
en estudio. La Figura muestra la representacin de un SCE DC tpico.
Este cuenta con un conmutador el cual abastece de corriente
continua al campo del generador principal. El excitador es
controlado por un amplidyne.
Excitacin de Sistemas de Corriente AlternaLa excitacin de esta
categora utiliza alternadores (maquinas AC) como fuentes para la
excitacin del generador de poder. Generalmente, el excitador est
montado sobre el mismo eje de la turbina del generador. La salida
AC del excitador es rectificada por rectificadores controlados o no
controlados, la que produce la corriente continua necesaria para el
campo del generador. Los rectificadores pueden ser estacionarios o
rotacionales. Los primeros sistemas de excitacin AC usaron una
combinacin de amplificadores magnticos y rotacionales como
reguladores. Hoy en da se usan dispositivos electrnicos. A
continuacin una descripcin de las diferentes formas de excitacin
ACSistemas de Rectificacin Estacionarios
En este esquema la etapa de rectificacin se realiza fuera del
generador mediante rectificadores estacionarios. Aqu, la salida DC
alimenta al campo principal del generador a travs de anillos
deslizantes (slip ring). En la Figura se muestra un diagrama
unilineal del control de campo del alternador con rectificador para
la excitacin del sistema. Este alternador excitador, el cual a su
vez es un generador sincrnico, est impulsado por el eje del
generador principal. El excitador opera en la modalidad auto
excitado, esto es, su campo se obtiene a travs de un rectificador
con tiristores que toma la energa en bornes del propio excitador.
De esta forma, lo rectificadores tienen control sobre la excitacin
del alternador excitador, el cual modifica el voltaje en bornes y,
en consecuencia, cambia el voltaje continuo de alimentacin del
campo del generador principal.Sistemas de Rectificacin
RotacionalCon este tipo de rectificacin los anillos rozantes y
escobillas son eliminados, y la salida DC alimenta directamente al
campo del generador como se muestra en la figura. Aqu, la armadura
del excitador AC y el rectificador de diodos rotan con el campo del
generador. Un pequeo excitador piloto AC, con un rotor de imn
permanente, rota con la armadura y el rectificador de diodos. La
salida del rectificador del estator del excitador piloto energiza
el campo estacionario del excitador AC. El regulador de voltaje
controla el campo del excitador AC, el cual controla el giro del
campo del campo del generador principal.
Este sistema fue desarrollado para evitar problemas con el uso
de escobillas. Los sistemas de excitacin sin escobillas no permiten
medir directamente la corriente de campo o voltaje del generador.
El control manual del generador principal est provisto por una
entrada ajustable DC para poner el circuito gatillador del
tiristor.
Sistemas de Excitacin EstticaTodas las componentes en este
sistema son estticos o estacionarias, tanto los rectificadores
estticos, controlados o no controlados, como las fuentes de
excitacin DC para el campo del generador sincrnico principal a
travs de anillos deslizantes (o rozantes). La fuente de alimentacin
para los rectificadores se obtiene del generador principal a travs
de un transformador que baja el voltaje a un nivel
apropiado.Sistema de fuente de potencial y rectificador
controladoEn este sistema, la excitacin del generador es abastecida
a travs de un transformador (exciter transformer) desde los
terminales del generador o la estacin auxiliar, y est regulada por
un control del rectificador. Este tipo de sistema de excitacin es
tambin comnmente conocido como bus-fed o transformer-fed. Se puede
observar en la siguiente figura.
La mxima salida de voltaje que puede entregar este excitador es
dependiente de la entrada de voltaje AC. De aqu que durante
condiciones de falla en el sistema, las cuales provocan una cada de
voltaje en los terminales del generador, el voltaje en el excitador
se reduce (y con ello la capacidad del generador principal para
subir el voltaje en bornes). Esta limitacin del SCE, es en gran
medida equilibrado por su respuesta instantnea y alta capacidad de
almacenamiento de campo electromagntico post falla. Adems es barato
y de fcil mantencin. Para generadores conectados en un gran sistema
estos SCE responden satisfactoriamente.Sistema de Fuente Compuesta
y RectificadorLa potencia para el SCE en este caso est formada por
la utilizacin de la corriente y el voltaje del generador principal.
Esta puede ser ejecutada por medio de un transformador de potencial
(TP) y un transformador de corriente con ncleo saturable (TC).
Alternativamente, las fuentes de voltaje y de corriente pueden ser
combinadas por la utilizacin de un solo transformador, llamado como
transformador de corriente saturable y potencial. La siguiente
figura muestra este sistema.
El regulador controla la salida del excitador a travs del
control de saturacin del transformador en la excitacin. Cuando el
generador est en vaco, la corriente por la armadura es cero y la
fuente de potencial abastece completamente a la excitacin del
generador. Bajo condiciones de carga, parte de la excitacin del
generador es derivada desde la corriente del generador. Durante
condiciones de falla, con una gran baja de voltaje en bornes del
generador, la corriente entra a habilitar el excitador provisto de
un campo con alta capacidad de campo fuerza.
Sistema de Control de Excitacin Compuesto ControladoEste sistema
utiliza un rectificador controlado en la salida del circuito del
excitador y compuesto de fuentes de voltaje y corriente dentro del
estator del generador para proveer el excitador de l. El resultado
es una alta respuesta inicial.El voltaje de la fuente est formado
por un conjunto de tres fases puestas en las tres ranuras del
estator del generador y en serie a la lnea del reactor.La fuente de
corriente es obtenida desde un transformador de corriente en el
neutro del estator. Estas fuentes estn combinadas a travs de un
transformador y la resultante de la salida AC es rectificada por
semiconductores de poder. El medio de control est provisto de una
combinacin puente de diodos y rectificadores conectados en
paralelo. Un regulador de voltaje controla con un circuito de
encendido de tiristores y de este modo regula la excitacin del
campo del generador.
ANLISIS DEL DESEMPEO DE SISTEMA DE CONTROL DE EXCITACIN La
figura muestra la representacin clsica de un sistema de control
para estudios de estabilidad.
En esta figura las variables relevantes son las siguientes: Vr
es el voltaje de referencia del regulador, Et es la variable a
controlar (el voltaje en bornes del generador o corregido mediante
la cada de tensin de la lnea de alimentacin) Vc seal filtrada y
adaptada en el loop de control Vr es la seal del excitador Efd es
el voltaje aplicado al rotor de la mquina sincrnica
El desempeo del sistema de control de excitacin depende de las
caractersticas de la excitacin del sistema, el generador, y el
sistema de potencia. En el estudio del desempeo dinmico de los SCE
es usual separar los temas de estabilidad (o respuesta) ante
grandes perturbaciones y ante perturbaciones pequeas, tambin
conocidas como pequea y gran seal, respectivamente. En seales
grandes la no linealidad de las componentes es significativa,
mientras que para pequea seal, la respuesta es aproximadamente
lineal.
Ejemplo de Criterios de Desempeo Mnimo de la Respuesta del
Sistema de Excitacin
a) Respuesta Dinmica:Evolucin sin sobre amortiguamiento
b) Sobre oscilacin: 15 %
c) Tiempo Mximo de Crecimiento (Tr) de la tensin terminal para
pasar del 10 % al 90% del valor final (incremento de carga
aplicado), luego de haber aplicado un incremento de tensin en la
referencia del regulador:Unidad GeneradoraTipo de ExcitatrizTr
ExistenteExcitatrices estticas 350 ms
Excitatrices con rectificadoresrotantes (Brushless) 550 ms
Otras excitatrices 850 ms
NuevasExcitatrices estticas 250 ms
Otras excitatrices 350 ms
