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: