Operación en Paralelo de Generadores Síncronos

Resumen

En la actualidad es raro encontrar la existencia de un alternador único que de manera aislada alimente su propia carga. Esto solo se lo puede encontrar en aplicaciones tales como los generadores de emergencia.

Con objeto de aumentar el rendimiento y fiabilidad del sistema, las diferentes centrales están conectadas entre sí en paralelo, por medio de líneas de transporte y distribución. La red así constituida representa un generador gigantesco en el que prácticamente la tensión y la frecuencia se mantienen constantes.

Esto se debe a que sobre esta gran red, la introducción de un nuevo generador no altera los parámetros básicos anteriores, por representar una potencia muy reducida frente al conjunto total.

Nomenclatura

Los nombres que se adoptaran al tratar el tema serán: rotor, estator, frecuencia sistema, voltajes línea, fase.

Introducción

Hoy en día el campo de la ingeniería eléctrica a dado nuevas visiones de como compartir la distribución de potencia eléctrica para ello se recurren a los tradiciones generadores síncronos .

Para tener la idea de que son los generadores síncronos tenemos la necesidad de explorar el efecto básico de generación para ello recordaremos que es un generador síncrono.

Principios básicos de generador síncrono.

Los generadores síncronos se clasifican por su construcción en: campo giratorio y armadura giratoria, por su tipo de excitación en autoexcitados y excitación separada, y por su tipo de rotor en: polos salientes; para velocidades iguales o menores de 1800 RPM y polos lisos; para velocidades iguales a 3600 RPM. [1]

Los generadores síncronos autoexcitados ya no requieren de escobillas y los de excitación separada requieren de escobillas y en lugar del conmutador utilizan anillos rosantes.

Fig 1 Esquema en partes de Maquina Síncrona

Se debe suministrarse alimentación de c.c. al circuito de campo del rotor. Como éste está en movimiento (el rotor), es necesario adoptar construcciones especiales con el fin de suministrar energía al campo. La solución común es el uso de "anillos deslizantes y escobillas". Los anillos deslizantes son aros que rodean el eje de la máquina, pero aislados del mismo eje. Cada extremo (f y -f) del arrollamiento de la bobina de campo está conectado a un anillo y sobre cada anillo hace contacto una escobilla (fig 1.7 c). Si a las escobillas se les conecta una fuente, en todo momento quedará aplicado el mismo voltaje al devanado de campo, sin importar velocidad o posición angular . [3]

Fig 2 Esquema físico y modelo del circuito de campo.

Si añadimos los devanados "b" y "c" al estator, con las separaciones adecuadas, podemos obtener una máquina trifásica. La figura 1.10 ilustra una de ellas. Cada fase debe estar separada por 120ºe. La expresión de voltaje inducido para "a" y "-a" es la misma. Obtengamos una expresión para "b-b" y "c-c".[6]

Fig 3 Esquema de generador trifásico.

El por qué de la utilización de los generadores síncronos en paralelo

Varios generadores pueden alimentar una carga más grande más grande que una sola maquina.

Tener varios generadores incrementa la confiabilidad del sistema de potencia, debido a que la falla de cualquiera de ellos no causa la perdida tola de potencia en la carga

Tener varios generadores que operan en paralelo permite la remoción de uno o más de ellos para cortes de potencia y mantenimientos preventivos

Se utiliza un solo generador y este opera cerca de plena carga, entonces será relativamente ineficiente. Con varias maquinas más pequeñas trabajando en paralelo, es posible operara solo una fracción de ellas. Las que están operando lo hacen casi a plena carga y por lo tanto de manera más eficiente.

las condiciones requeridas para operar en paralelo

La figura 1 muestra un generador síncrono G1 que suministrar potencia a una carga con otro generador G2 a punto de conectarse en paralelo con G1 por medio del cierre del interruptor S1.

Si el interruptor se cierra de manera arbitraria en cualquier momento, es posible que los generadores se dañen severamente y que la carga pierda potencia. Si los voltajes no son exactamente iguales en cada uno de los generadores que se conectan juntos, habrá un flujo de corriente muy grande cuando se cierre el interruptor. Para evitar este problema, cada una de las tres fases debe tener exactamente la misma magnitud de voltaje y ángulo de fase que el conductor al que se conectara. En otras palabras, el voltaje de fase a debe ser exactamente igual al voltaje en la fase a" y así en forma sucesiva para las fases b-b` y c-c`. Para lograr esto se deben cumplir las siguientes condiciones de puesta en paralelo: