Problemas propuestos de generador síncrono trifásico

UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL DEL TÁCHIRA[pic 1]

VICERRECTORADO ACADÉMICO / DECANATO DE DOCENCIA

DEPARTAMENTO DE INGENIERÍA ELECTRÓNICA / NÚCLEO DE ELECTRICIDAD

TECNOLOGÍA ELÉCTRICA (0213505T)

PROF. PABLO CASTRO

PROBLEMAS PROPUESTOS DE GENERADOR SÍNCRONO TRIFÁSICO

(SELECCIONADOS DE LOS LIBROS CHAPMAN Y FRAILE MORA)

1) Un generador síncrono de cuatro polos conectado en Y de 13,8 kV, 50 MVA, factor de potencia 0.9 en atraso, 60 Hz, tiene una reactancia síncrona de 2,5 Ω y una resistencia de armadura de 0,2 Ω. A 60 Hz, sus pérdidas por fricción y viento son de 1 MW y sus pérdidas en el núcleo son de 1,5 MW. El circuito de campo tiene un voltaje de corriente directa de 120 V y la corriente de campo (If) máxima es de 10 A. La corriente del circuito de campo es ajustable en el rango de 0 a 10 A. La característica de circuito abierto de este generador se muestra en la figura siguiente:

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(a) ¿Cuánta corriente de campo se requiere para hacer que el voltaje terminal VT (o el voltaje de línea) sea igual a 13,8 kV cuando el generador está funcionando sin carga?

(b) ¿Cuál es el voltaje interno generado por fase (EAf) de esta máquina en condiciones nominales?

(c) ¿Cuál es el voltaje de fase Vφ de este generador en condiciones nominales?

(d) ¿Cuánta corriente de campo se requiere para que el voltaje terminal V sea igual a 13,8 kV, cuando el generador está funcionando en condiciones nominales?

(e) Suponga que este generador está funcionando en condiciones nominales y luego se retira la carga sin cambiar la corriente de campo. ¿Cuál sería el voltaje terminal del generador?

(f) ¿Cuánta potencia y par de torsión en estado estacionario debe ser capaz de suministrar el motor primario del generador para manejar las condiciones nominales?

Respuestas: a) If = 3,5 A; b) Eaf = 11547 V; c) Vφ = 7967,43 V; d) If = 10 A; e) VT = 20 kV; f) Pent = 50,13 MW; τap = 265,92 kNm

2) Suponga que la corriente de campo del generador del problema 1 se ha ajustado a un valor de 5 A.

(a) ¿Cuál será el voltaje terminal de este generador si a su salida se le ha conectado a una carga en triángulo (delta) con una impedancia de 24<25° Ω?

(b) ¿Cuál es la eficiencia del generador en estas condiciones?

(c) Suponga ahora que otra carga idéntica en Δ se conecta en paralelo con la primera. ¿Cuál es el nuevo voltaje terminal después de agregar la carga?

(d) ¿Qué se debe hacer para restaurar el voltaje terminal a su valor original?

Respuestas: a) VT = 13906,7 V; b) ε% = 87,59 % V; c) VT = 11632,33 V; d) Incrementar la corriente de campo

3) Suponga que la corriente de campo del generador del problema 1 se ajusta para alcanzar el voltaje nominal (13,8kV) en condiciones de plena carga en cada una de las siguientes preguntas.

(a) ¿Cuál es la eficiencia del generador a la carga nominal?

(b) ¿Cuál es la regulación de voltaje del generador si se carga a kVA nominales con FP 0, 9 en atraso?

(c) ¿Cuál es la regulación de voltaje del generador si se carga a kVA nominales con FP 0,9 en adelanto?

(d) ¿Cuál es la regulación de voltaje del generador si se carga a kVA nominales con FP unitario?

Respuestas: a) ε% = 89,77 %; b) RV% = 44,92%; c) RV% = -2,23%; d) RV% = 24,04%.

4) Suponga que la corriente de campo del generador del problema 1 se ha ajustado para que suministre voltaje nominal cuando se carga con corriente nominal a factor de potencia unitario.

(a) ¿Cuál es el ángulo de par del generador cuando suministra corriente nominal a factor de potencia unitario?

(b) ¿Cuál es la potencia máxima que este generador puede entregar a una carga de factor de potencia unitario cuando la corriente de campo se ajusta al valor actual?

(c) Cuando este generador está funcionando a plena carga con un factor de potencia unitario, ¿qué tan cerca está del límite de estabilidad estática de la máquina?

Respuestas: a) δ = 31,95°; b) Pmax = 94,49 MW

5) El voltaje interno generado EAf de un generador síncrono trifásico de 2 polos, conectado en delta, de 60 Hz, es de 14,4 kV y la tensión terminal VT es de 12,8 kV. La reactancia síncrona de esta máquina es de 4 Ω y se puede ignorar la resistencia de armadura.

(a) Si el ángulo del par (ángulo del torque), del generador es δ = 18°, ¿cuánta potencia suministra este generador en el momento actual?

(b) ¿Cuál es el factor de potencia del generador en este momento?

(c) Ignorando las pérdidas en este generador, ¿Cuánto par debe aplicar el motor primario a su eje en estas condiciones?

Respuestas: a) Psal = 42,72 MW; b) FP = 0,98 inductivo; c) τap = 113,31 kNm

6) Un generador síncrono de 25 MVA, 12,2 kV, FP 0,9 en atraso, trifásico de 2 polos, conectado en Y, de 60 Hz, se probó mediante el ensayo en circuito abierto, y su voltaje de entrehierro se extrapoló con los siguientes resultados:

La prueba de cortocircuito arrojó las siguientes mediciones:

La resistencia del inducido es de 0,6 Ω        por fase.

(a) Encuentre la reactancia síncrona no saturada de este generador

(b) Encuentre la reactancia síncrona saturada aproximada a una corriente de campo de 380 A.

(c) Encuentre la reactancia síncrona saturada aproximada a una corriente de campo de 475 A.

(d) Si se calibra la corriente de campo en 435 A y se conecta en los terminales del generador una carga que consume la corriente nominal con FP 0,9 en adelanto, ¿Cuál es el voltaje de línea en la carga?

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