Generador Síncrono: Construcción, Parámetros y Características Clave

Tema 2 – El generador síncrono: La construcción del generador depende del número de vueltas de sus máquinas motrices. Si el motor gira a menos de 750 rpm, el rotor es de polos salientes, con turbina tipo Pelton. Para velocidades iguales o superiores a 750 rpm, el rotor es de tipo cilíndrico. El límite de la potencia viene fijado por los esfuerzos mecánicos a los que se someten los rotores. Cuando hay perturbaciones en la red, pueden aparecer oscilaciones mecánicas en el rotor. Para no perder el sincronismo, los generadores tienen un arrollamiento amortiguador.

Parámetros Clave

• Tensión nominal: La tensión nominal del generador es un 5% más alta que la tensión de régimen para cubrir pérdidas en el transporte.
• Velocidades normales: n = 60 * f / p (rpm).
• Potencia máxima: La potencia varía en función de la longitud del entrehierro y el diámetro interior del estator (kVA).
• Velocidad de embalamiento o velocidad de fuga: Cuando el par resistente entre el generador y la turbina se anula, la velocidad llega hasta un valor máximo.
• Momento de inercia.
• Peso del generador.
• Relación peso/momento.
• Constante de aceleración o tiempo de lanzamiento: Tiempo necesario para que, partiendo del reposo, se alcance la velocidad nominal bajo un par constante.

Características Eléctricas

Los generadores suministran la potencia activa y reactiva. Deben dar la potencia nominal con un factor de potencia (fdp) de 0.8, y en grandes unidades de 0.9.

• Capacidad de sobrecarga: Punta del 15-20%.
• Relación de cortocircuito: Relación entre la corriente de excitación y la necesaria para producir una corriente de cortocircuito igual a la intensidad nominal en el estator.
• Reactancia síncrona: Relación entre la corriente de excitación y la intensidad, Xd = 1/k.
• Densidad periférica: (k).
• Reactancia transitoria: Parámetro para evaluar la estabilidad dinámica de las máquinas síncronas.

Oscilaciones Pendulares

Se pueden producir por cambios bruscos en la demanda.

• Propias: Dependen de las constantes mecánicas y eléctricas del generador. Pueden durar varios segundos y son perjudiciales para la frecuencia y la tensión.
• Forzadas: Proceden de la máquina motriz (turbina).
• Debidas al regulador: Se dan cuando el regulador posee una elevada inercia o está mal ajustado, repercutiendo en la velocidad del generador y las frecuencias.

Coeficiente de Irregularidad

(d = (Nmax – Nmin) / Nnormal): Durante ciertos intervalos, la velocidad del generador será menor que la nominal y en otros intervalos será mayor. Esto se repetirá periódicamente entre dos valores extremos (oscilación pendular). Lo mismo pasa con las frecuencias.

Refrigeración

En el rotor y en el estator hay arrollamientos que producen calor por el efecto Joule. También se produce calor por efectos mecánicos y el efecto de histéresis en los núcleos de hierro. Los aislamientos sufren mucho, por lo que hay que revisarlos con el tiempo.

Factores Determinantes

• Velocidad periférica.
• Reducir pérdidas globales.
• Método de evacuación del calor.

Este conjunto de elementos fija las temperaturas de la unidad y, por consiguiente, su potencia máxima. Se puede hacer por aire y por hidrógeno.

Turbogeneradores

Van más rápido y tienen ranuras para refrigerarse. Se selecciona la refrigeración según la conductividad térmica de los aislantes, la superficie de intercambio y el coeficiente de transmisión de calor entre la superficie refrigerada y el flujo refrigerante. Se puede usar hidrógeno o líquidos.

Regulación

El objetivo es mantener la tensión constante. Los reguladores hacen que la tensión vuelva a los valores nominales tras una perturbación. Un regulador tendrá más eficacia cuando su punto de intervención se acerque más al punto de caída. La rapidez depende de la inercia de sus órganos, la distancia a recorrer y el par del órgano motor. Para que sean buenos, tienen que tener rapidez de respuesta, exactitud, sensibilidad, amortiguación eficaz y sobre-regulación.

Excitación

Tiene como objetivo mantener la intensidad de corriente rotórica en un valor necesario durante una perturbación y restablecer el valor prescrito de la tensión en los bornes del generador. Se trata de mantener la tensión en el entrehierro y en los bornes del generador.

Características

• Velocidad de respuesta.
• Para pequeños generadores y baja velocidad, la potencia de excitación es un 3% de la total del generador.
• Para turbogeneradores (más potencia y más velocidad), es del 0.5%.
• La excitatriz piloto suministra la corriente de excitación a la excitatriz principal, ayudándola a iniciarse.

Sistemas

• Excitación independiente.
• Excitación propia.
• Excitación por un grupo de excitación.
• Excitación por medio de un grupo montado sobre el eje del alternador.