Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

4.10 Transitorios (oscilaciones momentáneas) en los generadores síncronos 187
Estabilidad transitoria en los generadores síncronos
Antes se estudió que el límite de estabilidad estática de un generador síncrono es la potencia máxima
que el generador puede suministrar en cualquier circunstancia. La potencia máxima que el generador
puede suministrar está dada por la ecuación (4-21):
y su correspondiente par máximo es
P máx
3V E A
X S
(4-21)
máx
3V E A
m X S
(4-30)
En teoría, un generador debe ser capaz de suministrar hasta esta cantidad de potencia y par antes de
volverse inestable. En la práctica, sin embargo, la carga máxima que puede alimentar el generador
está limitada a un nivel mucho menor por su límite de estabilidad dinámica.
Para entender la razón de este límite, considérese una vez más el generador de la figura 4-42.
Si se incrementa súbitamente el par aplicado por el motor primario (t ap ), se comenzará a acelerar el
eje del generador y se incrementará el ángulo del par d como se describe. Conforme se incrementa
el ángulo d, el par inducido t ind del generador se incrementará hasta un ángulo d en el que t ind es
igual y opuesto a t ap . Éste es el punto de operación en estado estacionario del generador con la nueva
carga. Sin embargo, el rotor del generador tiene mucha inercia, por lo que su ángulo de par d en realidad
rebasa la posición de estado estacionario y se sitúa gradualmente en una oscilación amortiguada,
como se muestra en la figura 4-43. Se puede determinar la forma
exacta de esta oscilación amortiguada por medio de la resolución de
una ecuación diferencial no lineal que no es uno de los propósitos
de este libro. Para mayor información, véase el libro registrado en la
bibliografía con el número 4, página 345.
El aspecto importante de la figura 4-43 es que si el par instantáneo
excede t máx en cualquier momento durante la respuesta transitoria,
el generador síncrono se volverá inestable. El tamaño de la
oscilación depende de qué tan repentinamente se aplica el par adicional
al generador síncrono. Si se añade de manera gradual, la máquina
debe ser capaz de llegar casi al límite de estabilidad estática. De otra
manera, si la carga se añade bruscamente, la máquina sólo podrá estabilizarse
en un límite mucho menor que es demasiado complicado de
calcular. En el caso de cambios muy abruptos en el par o en la carga,
el límite de estabilidad dinámica puede ser menor a la mitad del límite
de estabilidad estática.
Transitorios en cortocircuito
en generadores síncronos
La condición transitoria más severa que se puede presentar en un generador síncrono es la situación
en la que los tres terminales del generador entran en cortocircuito súbitamente. Tal corto en un
sistema de potencia se llama falla. A continuación se describirán los diferentes componentes de la
corriente presentes en un generador síncrono en cortocircuito. Estos mismos efectos se manifiestan
en transitorios menos severos como cambios de carga, pero son mucho más obvios en el caso extremo
de un cortocircuito.
Cuando se presenta una falla en un generador síncrono, el flujo de corriente resultante en las
fases del generador es como el que se observa en la figura 4-44. La corriente en cada fase que se
muestra en la figura 4-42 se puede representar como un componente transitorio de cd añadido sobre
un componente de ca simétrico. El componente de ca simétrico se puede ver en la figura 4-45.
Antes de la falla, sólo hay corrientes y voltajes de ca dentro del generador, mientras que después
de la falla se presentan tanto corrientes de ca como de cd. ¿De dónde salen estas corrientes? Re-
t instantánea, % de máx
120
100
80
60
40
20
0
0
0.5
Tiempo, s
t instantánea
t máx
FIGURA 4-43 Respuesta dinámica si se aplica súbitamente
un par igual a 50% de t máx a un generador síncrono.
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