En ingeniería eléctrica , un condensador síncrono (a veces llamado condensador síncrono o compensador síncrono ) es un motor síncrono excitado por CC , cuyo eje no está conectado a nada pero gira libremente. [1] Su propósito no es convertir energía eléctrica en energía mecánica o viceversa, sino ajustar las condiciones en la red de transmisión de energía eléctrica . Su campo está controlado por un regulador de voltaje para generar o absorber energía reactiva según sea necesario para ajustar el voltaje de la red o para mejorar el factor de potencia.. La instalación y el funcionamiento del condensador son idénticos a los grandes motores y generadores eléctricos.
El aumento de la excitación del campo del dispositivo da como resultado su suministro de potencia reactiva (medida en unidades de var ) al sistema. Su principal ventaja es la facilidad con la que se puede ajustar la cantidad de corrección. La energía cinética almacenada en el rotor de la máquina puede ayudar a estabilizar un sistema de energía durante fluctuaciones rápidas de cargas como las creadas por cortocircuitos o hornos de arco eléctrico . Las grandes instalaciones de condensadores síncronos se utilizan a veces en asociación con estaciones convertidoras de corriente continua de alto voltaje para suministrar energía reactiva a la red de corriente alterna.
Los condensadores síncronos son una alternativa a los bancos de condensadores para la corrección del factor de potencia en las redes eléctricas. Una ventaja es que la cantidad de potencia reactiva de un condensador síncrono se puede ajustar de forma continua. La potencia reactiva de un banco de condensadores disminuye cuando el voltaje de la red disminuye, mientras que un condensador síncrono puede aumentar la corriente reactiva a medida que disminuye el voltaje. Sin embargo, las máquinas síncronas tienen mayores pérdidas de energía que los bancos de condensadores estáticos. [1] La mayoría de los condensadores síncronos conectados a las redes eléctricas están clasificados entre 20 MVAR (megavar) y 200 MVAR y muchos están refrigerados por hidrógeno . No hay peligro de explosión siempre que la concentración de hidrógeno se mantenga por encima del 70%, normalmente por encima del 91%. [2]
Teoría
Una bobina giratoria [3] en un campo magnético tiende a producir un voltaje de onda sinusoidal. Cuando se conecta a un circuito, fluirá algo de corriente dependiendo de cómo el voltaje en el sistema sea diferente de este voltaje de circuito abierto. Tenga en cuenta que el par mecánico (producido por un motor, requerido por un generador) corresponde solo a la potencia real. La potencia reactiva no genera ningún par.
A medida que aumenta la carga mecánica en un motor síncrono, la corriente del estator aumenta independientemente de la excitación del campo. Tanto para motores subexcitados como sobreexcitados, el factor de potencia (pf) tiende a acercarse a la unidad con el aumento de la carga mecánica. Este cambio en el factor de potencia es mayor que el cambio en con aumento de carga.
La fase de la corriente del inducido varía con la excitación del campo. La corriente tiene valores mayores para valores de excitación menores y mayores. En el medio, la corriente tiene un valor mínimo correspondiente a una excitación particular (ver gráfico a la derecha). Las variaciones de con excitación se conocen como curvas debido a su forma.
Para la misma carga mecánica, la corriente del inducido varía con la excitación del campo en un amplio rango y, por lo tanto, hace que el factor de potencia también varíe en consecuencia. Cuando está sobreexcitado, el motor funciona con un factor de potencia líder (y suministra vars a la red) y cuando está subexcitado con un factor de potencia rezagado (y absorbe vars de la red). En el medio, el factor de potencia es la unidad. La corriente mínima del inducido corresponde al punto de factor de potencia unitario (voltaje y corriente en fase).
Como en un motor síncrono, el estator de la máquina está conectado a un suministro de voltaje trifásico (se supone que es constante), y esto crea un campo magnético giratorio dentro de la máquina. Asimismo, el rotor se excita con una corriente continua.para actuar como un electroimán. En funcionamiento normal, el imán del rotor sigue el campo del estator a velocidad síncrona. El electroimán giratorio induce una tensión trifásica.en los devanados del estator como si la máquina fuera un generador síncrono. Si la máquina se considera ideal, sin pérdidas mecánicas, magnéticas o eléctricas, su circuito equivalente será un generador de CA en serie con la inductancia del devanado.del estator. La magnitud de depende de la corriente de excitación y la velocidad de rotación, y como esta última es fija, depende solo de . Si está críticamente ajustado a un valor , será igual y opuesto a , y la corriente en el estator será cero. Esto corresponde al mínimo en la curva que se muestra arriba. Si acaso, se incrementa por encima de , excederá , y la diferencia se explica por un voltaje apareciendo a través de la inductancia del estator : dónde es la reactancia del estator. Ahora la corriente del estatorya no es cero. Dado que la máquina es ideal,, y todos estarán en fase, y será completamente reactivo (es decir, en cuadratura de fase). Visto desde el lado de suministro de los terminales de la máquina, una corriente reactiva negativa fluirá fuera de los terminales y, por lo tanto, la máquina aparecerá como un capacitor, cuya magnitud de reactancia caerá como aumenta por encima . Si está ajustado para ser menor que , excederá , y una corriente reactiva positiva fluirá hacia la máquina. La máquina aparecerá entonces como un inductor cuya reactancia cae comose reduce aún más. Estas condiciones corresponden a los dos brazos ascendentes de las curvas en V (arriba). En una máquina práctica con pérdidas, el circuito equivalente contendrá una resistencia en paralelo con los terminales para representar las pérdidas mecánicas y magnéticas, y otra resistencia en serie con el generador y L, que representan las pérdidas de cobre en el estator. Así, en una máquina práctica contendrá un pequeño componente en fase y no caerá a cero.
Solicitud
Un motor síncrono sobreexcitado tiene un factor de potencia adelantado. Esto lo hace útil para la corrección del factor de potencia de cargas industriales. Tanto los transformadores como los motores de inducción extraen corrientes retardadas (magnetizantes) de la línea. En cargas ligeras, la potencia consumida por los motores de inducción tiene un gran componente reactivo y el factor de potencia tiene un valor bajo. La corriente adicional que fluye para suministrar energía reactiva crea pérdidas adicionales en el sistema de energía. En una planta industrial, los motores síncronos se pueden utilizar para suministrar parte de la potencia reactiva requerida por los motores de inducción. Esto mejora el factor de potencia de la planta y reduce la corriente reactiva requerida de la red.
Un condensador síncrono proporciona una corrección automática continua del factor de potencia con la capacidad de producir hasta un 150% de vars adicionales. El sistema no produce transitorios de conmutación y no se ve afectado por los armónicos eléctricos del sistema (algunos armónicos incluso pueden ser absorbidos por condensadores síncronos). No producirán niveles de voltaje excesivos y no son susceptibles a resonancias eléctricas . Debido a la inercia giratoria del condensador síncrono, puede proporcionar un soporte de voltaje limitado durante caídas de energía muy cortas.
El uso de condensadores síncronos rotativos fue común durante la década de 1950. Siguen siendo una alternativa (o un complemento) a los capacitores para la corrección del factor de potencia debido a los problemas que se han experimentado con los armónicos que causan el sobrecalentamiento del capacitor y fallas catastróficas. Los condensadores síncronos también son útiles para soportar niveles de voltaje. La potencia reactiva producida por un banco de capacitores es directamente proporcional al cuadrado de su voltaje terminal, y si el voltaje del sistema disminuye, los capacitores producen menos potencia reactiva, cuando más se necesita, mientras que si el voltaje del sistema aumenta, los capacitores producen más potencia reactiva, lo que agrava el problema. Por el contrario, con un campo constante, un condensador síncrono suministra naturalmente más potencia reactiva a un voltaje bajo y absorbe más potencia reactiva a un voltaje alto, además el campo se puede controlar. Esta potencia reactiva mejora la regulación de voltaje en situaciones como cuando se arrancan motores grandes, o donde la energía debe viajar largas distancias desde donde se genera hasta donde se usa, como es el caso de las ruedas motrices , la transmisión de energía eléctrica desde una región geográfica. a otro dentro de un conjunto de sistemas de energía eléctrica interconectados.
Los condensadores síncronos también pueden denominarse sistemas de corrección dinámica del factor de potencia . Estas máquinas pueden resultar muy eficaces cuando se utilizan controles avanzados. Un controlador basado en PLC con controlador y regulador PF permitirá que el sistema se configure para cumplir con un factor de potencia dado o se puede configurar para producir una cantidad específica de potencia reactiva.
En los sistemas de energía eléctrica, los condensadores síncronos se pueden usar para controlar el voltaje en líneas de transmisión largas, especialmente para líneas con una relación relativamente alta de reactancia inductiva a resistencia. [4]
Galería
Ver también
Referencias
- ^ a b B. M. Weedy, Segunda edición de sistemas de energía eléctrica, John Wiley and Sons, Londres, 1972, ISBN 0-471-92445-8 página 149
- ^ "Todo sobre circuitos" .
- ^ http://www.pscpower.com/wp-content/uploads/2013/06/Power-Factor.pdf
- ^ Donald Fink, Manual estándar de Wayne Beaty (ed) para ingenieros eléctricos undécima edición , Mc Graw Hill, 1978, ISBN 0-07-020974-X , página 14-33
enlaces externos
- Un curso corto sobre máquinas síncronas y condensadores síncronos