Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

200 CAPÍTULO 4 Generadores síncronos
PROBLEMAS
4-1. En un sitio en Europa se requiere suministrar 1 000 kW a 60
Hz de potencia. Las únicas fuentes de potencia disponibles
operan a 50 Hz. Se decide generar la potencia por medio de
un motor-generador que consta de un motor síncrono que acciona
un generador síncrono. ¿Cuántos polos deberían tener
cada una de las máquinas para convertir la potencia de 50 Hz
en potencia de 60 Hz?
4-2. Un generador síncrono de 13.8 kV, 50 MVA, factor de potencia
de 0.9 en retraso, de cuatro polos, 60 Hz, conectado en Y,
tiene una reactancia síncrona de 2.5 Ω y una resistencia de
inducido de 0.2 Ω. A 60 Hz; sus pérdidas por fricción y por
rozamiento con el aire son de 1 MW, y sus pérdidas de núcleo
son de 1.5 MW. El circuito de campo tiene un voltaje de cd de
120 V, y la I F máxima es de 10 A. La corriente del circuito de
campo es ajustable en el rango de 0 a 10 A. El OCC de este
generador se muestra en la figura P4-1.
a) ¿Cuánta corriente de campo se necesita para hacer que el
voltaje en las terminales VT (o el voltaje de línea VL) sea
igual a 13.8 kV cuando el generador opera sin carga?
b) ¿Cuál es el voltaje interno generado E A de esta máquina
en las condiciones nominales?
c) ¿Cuál es el voltaje de fase V f de este generador en condiciones
nominales?
d) ¿Cuánta corriente de campo se necesita para hacer el voltaje
en las terminales V T igual a 13.8 kV cuando el generador
trabaja en condiciones nominales?
e) Suponga que este generador trabaja en condiciones nominales
y luego se quita la carga sin cambiar la corriente de
campo. ¿Cuál sería el voltaje en las terminales del generador?
f) ¿Cuánta potencia y cuánto par de estado estable debe ser
capaz de suministrar el motor primario del generador para
manejar las condiciones nominales?
g) Construya una curva de capacidad de este generador.
4-3. Suponga que la corriente de campo del generador del problema
4-2 se fija en un valor de 5 A.
a) ¿Cuál será el voltaje en las terminales del generador si se
conecta a una carga conectada en D con una impedancia
de 24 ∠ 25° V?
b) Dibuje el diagrama fasorial del generador.
c) ¿Cuál es la eficiencia del generador en estas condiciones?
d) Ahora suponga que otra carga conectada en D idéntica
a la anterior se conecta en paralelo con la primera.
¿Qué sucede en el diagrama fasorial del generador?
e) ¿Cuál es el nuevo voltaje en las terminales después de
conectar la carga?
f) ¿Qué se debe hacer para regresar el voltaje en las terminales
a su valor original?
4-4. Suponga que la corriente de campo del generador del problema
4-2 se ajusta para lograr el voltaje nominal (13.8 V) en
condiciones de plena carga para cada una de las preguntas que
se plantean a continuación.
a) ¿Cuál es la eficiencia del generador con carga nominal?
b) ¿Cuál es la regulación de voltaje del generador si se carga
con kVA nominales con cargas con un FP de 0.9 en
retraso?
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Característica en circuito abierto
18
Voltaje en las terminales en circuito abierto, V
16
14
12
10
8
6
4
2
0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
Corriente de campo, A
FIGURA P4-1 Curva característica de circuito abierto del generador del problema 4-2.