Sincronización de máquinas de CA

Los generadores síncronos de CA son la columna vertebral de la generación de electricidad en las centrales eléctricas de todo el mundo y, a menudo, se utilizan para estabilizar la red eléctrica. Es esencial hacer coincidir las secuencias de fase, las magnitudes de voltaje y las frecuencias del generador síncrono con las de la potencia en la red. Si el generador está desfasado con la red, el generador no puede suministrar energía. Si bien los sincronizadores automáticos se utilizan en grandes centrales eléctricas, aquí se muestra un método simple de sincronización manual. Este video presentará generadores síncronos trifásicos y demostrará protocolos para ajustar las salidas de voltaje y frecuencia para la sincronización manual del generador con la red eléctrica.

Las máquinas síncronas de CA constan de un núcleo giratorio interno, el rotor, y el anillo estacionario externo, el estator. El campo magnético del rotor es estacionario inducido por un voltaje de CC aplicado. El campo magnético del estator se excita mediante corriente alterna trifásica, cada fase conectada a su propio conjunto separado de bobinas del estator. Esto induce un campo magnético giratorio de magnitud constante y frecuencia de rotación correspondiente a las oscilaciones en la corriente de la línea de suministro. Los campos magnéticos del estator y del rotor están acoplados, lo que hace que el rotor gire exactamente a la misma velocidad que el campo magnético giratorio del estator. Para obtener más información sobre las características de las máquinas síncronas de CA, vea el vídeo de educación científica de JOVE, Caracterización de máquinas síncronas de CA. Cuando la máquina síncrona funciona como un generador de energía, un motor principal aplica torque al rotor, lo que resulta en una diferencia de flexión entre los campos magnéticos del rotor y el estator. Si el par aplicado se opone al movimiento del rotor, la máquina absorbe la potencia reactiva del sistema para que la máquina vuelva a sincronizarse. Si, en cambio, el par aplicado aumenta la rotación, sobreexcitando la máquina, el generador suministra energía al sistema. Se puede utilizar un método de tres lámparas para proporcionar una confirmación visual de que el generador está entregando energía a la misma magnitud de voltaje, frecuencia y secuencia de fase que la red eléctrica. Para los generadores síncronos, la frecuencia se controla a través de la variación de la velocidad del motor principal. Si el generador y la energía del sistema están desfasados, las lámparas parpadean. Cuando se coincide con el voltaje, un diferencial cero hace que las tres lámparas se apaguen y enciendan al mismo tiempo. Ahora que se han explicado los principios básicos de los generadores síncronos, se demostrará la sincronización manual de un generador síncrono de CA a la red eléctrica.

Comience inicializando un motor de CC o dinamómetro como motor principal. Compruebe que la desconexión trifásica, el motor síncrono y el motor de CC estén apagados. Con el Variac configurado en 0%, conéctelo a la toma de corriente trifásica. A continuación, conecte la configuración como se muestra. A continuación, encienda el interruptor trifásico de la máquina síncrona. Finalmente, asegúrese de que S1 y las tres lámparas estén conectadas en paralelo. Y observe las polaridades de las sondas del medidor de potencia digital. A continuación, compruebe que la ejecución de inicio cambia a la posición de inicio. Con S1 apagado, ajuste RF a su resistencia máxima. Encienda el interruptor de desconexión trifásico y luego encienda la fuente de alimentación de CC de alto voltaje. A continuación, presione el botón de visualización VI en la fuente de alimentación para mostrar el voltaje de funcionamiento en corriente y ajustar el voltaje a 15 voltios. A continuación, pulse START en el panel de alimentación de CC. El dinamómetro debe tener una gran corriente transitoria extraída del suministro de CC. Sin embargo, si se enciende el límite de sobrecorriente o la luz de OCT, aumente el límite de sobrecorriente. Ahora observe la máquina sincrónica girando lentamente. Finalmente, aumente el voltaje de salida de alimentación de CC a alrededor de 160 voltios y mida la velocidad de rotación del eje utilizando la técnica de luz estroboscópica. A continuación, ajuste el voltaje de alimentación para lograr una velocidad de rotación de 1,800 RPM. A continuación, registre la corriente y el voltaje de CC.

Ahora sincronice el generador usando el método de tres lámparas con el aparato completamente ensamblado como se muestra. Encienda el interruptor de inicio de funcionamiento en el lado de la máquina síncrona para que funcione y verifique que las tres lámparas estén encendidas. A continuación, ajuste la RF en el voltaje de suministro de forma iterativa para lograr un voltaje del generador de 120 voltios. Ajuste la frecuencia del VG en el medidor de potencia digital a 60 Hz. Los valores dentro de +/- 2% son aceptables. A continuación, aumente ligeramente la salida de Variac a 120 voltios. En esta etapa, la red y el generador proporcionan 120 voltios a una frecuencia de 60 Hz. Registre las lecturas de voltaje, corriente y potencia en ambos medidores de potencia, incluidos los signos + o -. Por último, utilice el patrón de iluminación de las lámparas para confirmar o ajustar la sincronización. En el método de tres lámparas, una vez que se alcanza el voltaje de CA deseado, las lámparas se encienden y apagan al mismo tiempo. Si una secuencia de fases de A, B, C de la red se encuentra con la secuencia A, C, B de la máquina, el ciclo de las lámparas como los voltajes a través de las lámparas nunca suman cero en las tres fases al mismo tiempo. Si, en cambio, las tres lámparas hacen un ciclo y parpadean fuera de sincronización, entonces el generador y la red tienen diferentes secuencias de fase en todo el conjunto de lámparas. Identifica las secuencias. Uno como ABC, y el otro como ACB. Luego, para ajustar la secuencia, primero vuelva a girar el Variac al 0% y presione STOP en el panel de la fuente de alimentación. Después de reducir el voltaje de CC a 15 voltios, finalmente cambie las fases B y C en el lado del generador. Si las tres lámparas se iluminan y se atenúan al mismo tiempo, entonces el generador y la red tienen la misma secuencia de fases y están sincronizadas correctamente. De lo contrario, repita la modificación de la secuencia de fases En el instante en que se apaguen todas las luces, encienda el interruptor S1. Ahora todas las luces deberían permanecer apagadas, ya que S1 ahora actúa como un cortocircuito a través de sus terminales. A continuación, el generador se sincroniza con la red.

Las máquinas síncronas se utilizan con frecuencia en aplicaciones industriales para estabilizar la potencia. El factor de potencia de la máquina demuestra si la máquina puede suministrar potencia reactiva en determinadas condiciones. Almacenamiento y liberación de energía para estabilizar la red. Cuando funciona de esta manera, la máquina se denomina condensador síncrono. En el uso del viento como fuente de energía renovable, la turbina de energía eólica es el motor principal del generador síncrono. Para evitar que el generador se detenga con cargas elevadas, los ángulos de las palas del rotor de la turbina se controlan diferencialmente para optimizar la velocidad de rotación a velocidades variables del viento. Para transmitir la energía eólica generada a la red, las turbinas eólicas utilizan una interfaz de sincronización automática para transmitir la energía de forma segura a las líneas de servicios públicos.

Acabas de ver la introducción de JOVE a la sincronización de máquinas síncronas de CA. Ahora debería comprender cómo ajustar las salidas de voltaje y frecuencia de los generadores síncronos trifásicos. Sincronice manualmente el generador con la red eléctrica y mida los efectos de las variaciones de corriente y velocidad de campo en la potencia de salida del generador. ¡Gracias por mirar!