Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

202 CAPÍTULO 4 Generadores síncronos
Cada generador síncrono es de 4 160 V, 12.5 MVA, 60 Hz,
con un factor de potencia de 0.8 en retraso, con dos polos,
conectado en Y, con una reactancia síncrona de 1.10 V y una
resistencia en el inducido de 0.03 V. Los generadores 1 y 2
tienen una característica FP con una pendiente s P de 5 MW/
Hz y el generador tiene una pendiente de 60 MW/Hz.
a) Si la frecuencia en vacío de cada uno de los tres generadores
se fija en 61 Hz, ¿cuánta potencia suministrarán las
tres máquinas si la frecuencia actual del sistema es de 60
Hz?
b) ¿Cuál es la potencia máxima que los tres generadores
pueden suministrar en estas condiciones sin que se excedan
los valores nominales de ninguno de ellos? ¿A qué
frecuencia se presenta este límite? ¿Cuánta potencia suministra
cada generador en este momento?
c) ¿Qué se debería hacer para que los tres generadores suministren
sus potencias real y reactiva nominales con una
frecuencia total de operación de 60 Hz?
d) ¿Cuál es el voltaje interno generado por los tres generadores
en estas condiciones?
4-12. Suponga que es un ingeniero que tiene que planear una nueva
estación de cogeneración eléctrica para una planta con exceso
de vapor para proceso. Tiene la opción de elegir entre dos
generadores de turbina de 10 MW o un solo generador de
turbina de 20 MW. ¿Cuáles serían las ventajas y desventajas
de cada opción?
4-13. A un generador síncrono de 25 MVA, trifásico, 12.2 kV, con
dos polos, con factor de potencia en retraso de 0.9, de 60 Hz,
conectado en Y, se le realizó la prueba de circuito abierto y
se extrapoló su voltaje del entrehierro y se obtuvieron los siguientes
resultados:
Prueba de circuito abierto
Corriente de campo, A 320 365 380 475 570
Voltaje de línea, kV 13.0 13.8 14.1 15.2 16.0
Voltaje de entrehierro
extrapolado, kV
15.4 17.5 18.3 22.8 27.4
Los resultados de la prueba de cortocircuito son los siguientes:
Prueba de circuito abierto
Corriente de campo, A 320 365 380 475 570
Corriente del inducido, A 1 040 1 190 1 240 1 550 1 885
La resistencia del inducido es de 0.6 V por fase.
a) Calcule la reactancia síncrona no saturada del generador
en ohms por fase y por unidad.
b) Calcule la reactancia síncrona saturada aproximada X S
con una corriente de campo de 380 A. Exprese su respuesta
tanto en ohms por fase como por unidad.
c) Calcule la reactancia síncrona saturada aproximada con
una corriente de campo de 475 A. Exprese la respuesta
tanto en ohms por fase como por unidad.
d) Encuentre la relación de cortocircuito del generador.
e) ¿Cuál es el voltaje generado interno de este generador en
condiciones nominales?
f) ¿Qué corriente de campo se necesita para obtener el voltaje
nominal en la carga nominal?
4-14. Durante una prueba de cortocircuito, un generador síncrono
conectado en Y produce 100 A de corriente del inducido de
cortocircuito por fase con una corriente de campo de 2.5 A.
A la misma corriente de campo, el voltaje de línea de circuito
abierto se mide como 440 V.
a) Calcule la reactancia saturada síncrona bajo estas condiciones.
b) Si la resistencia del inducido es de 0.3 Ω por fase y el generador
suministra 60 A a una carga puramente resistiva
conectada en Y de 3 Ω por fase con este valor de corriente
de campo, determine la regulación de voltaje bajo estas
condiciones de carga.
4-15. Un generador síncrono trifásico, conectado en Y, de 120 MVA,
13.8 kV, un FP de 0.8 en retraso y 60 Hz, cuya reactancia síncrona
es de 1.2 V por fase y su resistencia en el inducido es
de 0.1 V por fase.
a) ¿Cuál es su regulación de voltaje?
b) ¿Cuál sería el valor nominal del voltaje y de la potencia
aparente si operara a 50 Hz con las mismas pérdidas en el
inducido y el campo que si se operara a 60 Hz?
c) ¿Cuál será la regulación de voltaje del generador a 50
Hz?
Los problemas 4-16 a 4-26 se refieren a un generador síncrono
de seis polos, conectado en Y con valores nominales de
1 MVA, 3.2 kV, factor de potencia de retraso de 0.9, y 60 Hz.
La resistencia del inducido R A es de 0.7 Ω. Las pérdidas de
núcleo de este generador en condiciones nominales son de
8 kW, y las pérdidas por fricción y rozamiento con el aire son
de 10 kW. Las características de circuito abierto y cortocircuito
se muestran en la figura P4-2.
4-16. a) ¿Cuál es la reactancia síncrona saturada de este generador
en condiciones nominales?
b) ¿Cuál es la reactancia síncrona no saturada del generador?
c) Dibuje la gráfica de la reactancia síncrona saturada del
generador en función de la carga.
4-17. a) ¿Cuál es la corriente nominal y el voltaje interno generado
por el generador?
b) ¿Cuál es la corriente de campo que requiere el generador
para operar con los valores nominales de voltaje, corriente
y factor de potencia?
4-18. ¿Cuál es la regulación de voltaje del generador con corriente
y factor de potencia nominales?
4-19. Si el generador opera en condiciones nominales y súbitamente
se elimina la carga, ¿cuál será el voltaje nominal?
4-20. ¿Cuáles son las pérdidas eléctricas del generador en condiciones
nominales?
4-21. Si la máquina opera en condiciones nominales, ¿qué par de
entrada se debe aplicar al eje del generador? Exprese su respuesta
tanto en newton-amperes como en libras-pies.
4-22. ¿Cuál es el ángulo d del par del generador en condiciones
nominales?
4-23. Suponga que la corriente de campo del generador se fija para
suministrar 3 200 V en condiciones nominales. ¿Cuál es el
límite de estabilidad estática del generador? (Nota: Puede