Generador de motor síncrono: eficiencia y pérdidas

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Las pérdidas de una máquina síncrona afectan a su coste, potencia y rendimiento. La eficiencia de una máquina síncrona a menudo se determina midiendo las pérdidas, utilizando técnicas definidas con precisión por los estándares de medición ANSI, IEEE y NEMA.

La eficiencia se define de la misma forma que los transformadores y otro tipo de máquinas:

[begin{matrix}   text{ }!!eta!!text{ =}frac{text{Output Power}}{text{Input Power}} & {} & {}     text{ }!!eta!!text{ =}frac{text{Input Power-Losses}}{text{Input Power}} & {} & left( text{1} right)     text{ }!!eta!!text{ =}frac{text{Output Power}}{text{Output Power+Losses}} & {} & {}  end{matrix}]

Índice de Contenido
  1. Notas y calentamiento Máquinas síncronas
  2. Tipos de pérdida sincrónica maquinaria
  3. Flujo de potencia en máquinas

Notas y calentamiento Máquinas síncronas

Uno de los factores más importantes a la hora de elegir un motor o generador es la máxima potencia de salida continua. La potencia nominal de la máquina depende principalmente de su temperatura de funcionamiento permitida y de la rapidez con la que puede disipar el calor resultante de las pérdidas de la máquina.

La máquina debe cumplir con los estándares de rendimiento y su vida útil no puede reducirse por sobrecalentamiento mientras opera a su potencia nominal. La potencia nominal de la máquina siempre corresponde a la potencia de la máquina (potencia en el eje para un motor y potencia en kW para un generador).

Las Figuras 1 y 2 muestran el flujo de potencia a través de un generador síncrono y un motor, respectivamente. En cada caso, se alimenta una forma de energía a la máquina y las pérdidas se restan una por una al lado de salida.

A diferencia del Motor de inducción, la máquina síncrona también es alimentada por los devanados de campo. Los diagramas de flujo de potencia se analizan con más detalle a continuación, pero primero veremos las pérdidas en la máquina síncrona.

FIGURA 1: Flujo de potencia para un generador síncrono.

Flujo de potencia para un motor síncrono

FIGURA 2: Flujo de potencia para un motor síncrono.

Tipos de pérdida sincrónica maquinaria

Las pérdidas en la máquina síncrona son similares a las pérdidas de la transformador y otras formas de ella maquinaria rotativa. Como todas las máquinas eléctricas, las máquinas síncronas tienen pérdidas de cobre, acero, rotacionales y parásitas. Ya sea que la máquina actúe como motor o como generador, las pérdidas se pueden sumar de la siguiente manera:

$begin{matriz} {{P}_{pérdida}}={{P}_{scl}}+{{P}_{rl}}+{{P}_{fw}}+{{P} _{núcleo}}+{{P}_{error}} & {} & left( 2 right) end{matriz}$

Dónde

pagsscl = la pérdida de cobre en los devanados del estator (inducido).

pagssonreír = pérdidas en el rotor, incluidas las pérdidas de cobre de los devanados de campo, las pérdidas en el sistema de excitación y las pérdidas de cobre en los devanados de amortiguación

pagsadelante = pérdidas por fricción y viento

pagscorazón = histéresis y pérdidas por corrientes de Foucault, principalmente en el hierro del estator

pagserrante pérdidas parasitarias que no se tienen en cuenta al calcular otras pérdidas

Pérdidas de cobre

Las pérdidas de cobre se encuentran en todos los devanados. en la máquina. Por convención, se calculan a partir de la resistencia continua del devanado a 75°C. La resistencia real depende de la frecuencia de operación y las condiciones de flujo. Cualquier diferencia entre la pérdida de cobre real y la calculada se cuenta en la categoría de pérdida parásita. Las pérdidas por escobillas de las máquinas de rodillos generalmente se desprecian y se contabilizan en la categoría de pérdidas parásitas.

Pérdidas mecánicas

Hay pérdidas mecánicas o por fricción y viento debido a la fricción en los cojinetes y la energía disipada al girar el rotor en el aire dentro de la máquina.

Las pérdidas rotatorias se pueden determinar conduciendo la máquina a la velocidad nominal sin carga ni excitación. Las pérdidas rotacionales a menudo se agrupan junto con las pérdidas del núcleo y se determinan al mismo tiempo.

Pérdidas de núcleo en circuito abierto o sin carga

La pérdida en el núcleo debido a la histéresis y las corrientes de Foucault se mide sin carga, y cuando se combina con pérdidas mecánicas es la pérdida rotacional sin carga. La diferencia entre la pérdida medida y la pérdida real en el núcleo se coloca en la categoría de pérdida parasitaria.

pérdida parasitaria

Las pérdidas parásitas incluyen la diferencia entre las pérdidas reales y sus valores calculados, así como las pérdidas que no se calculan específicamente, como la pérdida por contacto con la escobilla.

Flujo de potencia en máquinas

Flujo de potencia del generador

El generador síncrono tiene dos entradas de potencia, potencia mecánica al eje y potencia eléctrica al campo, y una salida, potencia eléctrica a la carga. Como se muestra en la Figura 1, la potencia mecánica se ingresa en el lado izquierdo del diagrama.

Las pérdidas rotacionales son de naturaleza mecánica y, por lo tanto, se restan de la potencia mecánica. Esto incluye no solo la fricción y la deriva, sino también, por convención, las pérdidas parásitas y del núcleo.

La potencia absorbida en el campo y las pérdidas del rotor se muestran en el medio. Estas dos cantidades esencialmente se anulan entre sí. La energía restante se transforma en energía eléctrica, y esta cantidad se llama poder de desarrollo. En el caso de un generador síncrono trifásico, es la potencia desarrollada

[begin{matrix}   {{P}_{d}}=3{{E}_{a}}{{I}_{L}}cos left( theta +delta  right) & {} & left( 3 right)  end{matrix}]

Dónde mia es el voltaje de línea a neutro.

Por tanto, la potencia en la fuente de tensión controlada del circuito equivalente es igual a la potencia desarrollada. De la potencia desarrollada, se restan las pérdidas de cobre en el devanado de la máquina para obtener la potencia de salida del generador.

Flujo de potencia del motor

Los motores reciben energía eléctrica en el inducido como entrada y suministran energía mecánica al eje de la máquina. Para el diagrama de flujo de energía, que se muestra en la Figura 2, la energía eléctrica se ingresa en el lado izquierdo. Las pérdidas de cobre se restan, dejando la potencia desarrollada en el medio.

La potencia desarrollada está representada en el circuito equivalente del motor síncrono por la potencia en la fuente de control de tensión y se calcula a partir de la ecuación 3. De la potencia desarrollada restamos la fricción y la corriente parásita, el núcleo y las pérdidas para obtener la potencia mecánica de salida.

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