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Pre-diseño de la nueva excitatriz de la central hidroeléctri

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by

Paula Greciano

on 9 September 2015

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Transcript of Pre-diseño de la nueva excitatriz de la central hidroeléctri

1. Introducción
2. Metodología
Rotor
Estator
Excitatriz
Paula Greciano Tena
Trabajo Fin de Grado
Sistema de excitación
Excitatriz de corriente continua
Estática
Rotativa
Excitatriz de corriente alterna con rectificadores estacionarios
Excitatriz de corriente alterna con rectificadores giratorios
Sistema de excitación estática
Objetivo I
Pre-diseñar y simular con la ayuda de un
programa de cálculo por elementos finitos
la excitatriz para una central hidroeléctrica.
La
función
de esta excitatriz es alimentar a un generador síncrono de 20MVA situado en la localidad de
Quereño
(Galicia).
1
2
Motor de imanes permanentes
Transformador de tres columnas
Excitatriz modelo final

Pre-diseño de la nueva excitatriz de la central hidroeléctrica de Quereño (20 MVA)
2.1 Modelado de la excitatriz en el programa de simulación
2.2 Descripción de los ensayos
Los datos de diseño para poder modelar la máquina se van a obtener a través de una serie de planos proporcionados por
Alstom Power S.A.

Parametrización a partir de los datos.
Construcción de la excitatriz en el software.
Ensayos
Simulación de la excitatriz alimentando un circuito con un puente de diodos cuya salida se conecte con el devanado de campo del generador principal
5
6
7
12
Devanado de
corriente alterna
, cuya función es alimentar el devanado de campo de la máquina principal rectificando la tensión trifásica que hay en su salida.
Diseño a través de un modelo predefinido
8
Rotor: Circuito magnético
Rotor: Bobinas
Material
9
10
3 fases: A, B, C
120 ranuras, 60 bobinas =
20 bobinas por fase
Devanado trifásico equilibrado
Polaridad
128 conductores, 8 en paralelo =
16 conductores
por ranura
Número de ramas en paralelo del rotor = 10
El material de la chapa magnética que compone el rotor es el
M400-50A15
.
Propiedades
El valor de la
resistencia
viene especificado como 0.00483 Ohmios por fase.
Material: Cobre.
11
Cálculo de la inductancia de cabeza de bobina
Cabezas de las bobinas se produce una
pérdida de flujo
Cálculo de la inductancia a partir de factores obtenidos empíricamente
20 polos salientes con bobinas alimentadas en corriente continua
Estator: Cuerpo
13
Diámetros
Polo
Nucleo
Zapata
Estator: Bobinas

14
Polaridad

Para representarlas se dibujara un rectángulo en función de los parámetros que definan la bobina y una vez colocado cada conductor alrededor del polo correspondiente se le asignará un número de conductores en su interior y una polaridad.
El método que se va a seguir para construir el conjunto del estator es dibujar cada parte por separado para más tarde unirlas todas usando la herramienta adecuada del programa.
Número de conductores por bobina = 650
Bobinas colocadas en serie
Material: cobre
Material
: Acero (Steel 1008)
Diseño de la excitatriz
Realización de ensayos: comprobar la máquina trabaja de acuerdo a sus condiciones de diseño antes de comenzar con las simulaciones de la aplicación real de la excitatriz.
2.3 Resultado de los ensayos
Ensayo de cortocircuito
Ensayo de vacío
Característica de vacío
Excitatriz girando a la velocidad de sincronismo, midiendo: intensidad de excitación y tensión en bornes.
Comienzo del ensayo: se alimenta el estator con el valor más elevado de intensidad de excitación.
Una vez calculado el primer punto de funcionamiento, se reduce la intensidad de excitación a intervalos iguales.
Descripción del ensayo:
Alimentación del
estator
:
intensidad de corriente continua en rampa
Circuito abierto en el
rotor
: intensidad de valor cero.
Ensayo de vacío en el software de simulación:
Excitatriz con una carga conectada
Reacción de inducido
Carga inductiva:
Carga desmagnetizante
Excitatriz girando a la velocidad de sincronismo, con el inducido en cortocircuito y aplicando una intensidad de excitación nula.
Se eleva la intensidad de excitación, apuntando el valor de intensidad que circula.
El punto final: circula por el inducido la intensidad asignada.
Valores de inducción muy pequeños de campo resultante, trabajando con niveles muy lejanos a la saturación:
característica lineal.
Descripción del ensayo
Característica de cortocircuito
Ensayo de cortocircuito en el software de simulación
Alimentación del
estator
:
intensidad de corriente continua en rampa
Circuito abierto en el
rotor
: tensión de valor cero.
15
16
17
18
Resultados del ensayo de vacío
Tensión inducida e intensidad de alimentación
nominales
Ensayo de vacío alimentando con una intensidad de 2.9A
Evaluación de la inducción en el
entrehierro
19
21
Resultados del ensayo de cortocircuito
Cálculo de la reactancia síncrona longitudinal a través de los ensayos de vacío y cortocircuito
Intensidades nominales
Ensayo de cortocicuito alimentando con una intensidad de 3 A
22
Tomando los valores de tensión inducida en el ensayo de vacío y de intensidad de cortocircuito alimentando en ambos con 3.5A
Objetivo
Conectar la excitatriz al generador principal a través de un
puente de diodos giratorio
, observando la relación entre la intensidad de excitación de la excitatriz y la tensión y corriente de salida obtenidas en la carga.
"Improved high-speed de-excitation system for brushless synchronous machine tested on a 20 MVA hydro-generator"
Conocido un punto de funcionamiento de la excitatriz conectada al generador
Validación del diseño creado
20
23
24
3.Excitatriz conectada a un generador síncrono
Resultados con una intensidad de alimentación de 1.5A
Funcionamiento del puente de diodos
Valores obtenidos en régimen permanente
25
Resultados en diferentes puntos de funcionamiento
4. Presupuesto
5. Planificación temporal
6. Líneas futuras
7. Conclusiones
Tareas
Cuadro de precios unitarios
Tabla de precios unitarios totales
Cuadro de precios unitarios descompuestos
Total: 345 horas
Se ha cumplido el objetivo: diseñar, simular y validar el funcionamiento de la excitatriz.
Software de simulación: aprendizaje en el uso de una nueva herramienta.
Gracias a los planos disponibles se pudo trabajar con una máquina real, ampliando no solo el conocimiento de las excitatrices y la máquina síncrona, sino además el uso de planos de una empresa y la terminología usada.
Validación del diseño creado a través de ensayos
26
27
28
29
30
Ufn=94V
Icc=553A
U=75V
I=232.335A
Objetivo II
Rotor de la excitatriz
Rotor del generador
Conectar la excitatriz al generador a través de un puente de diodos giratorio, simulando diferentes puntos de trabajo.
3
Estudio térmico de la excitatriz.
Simular una posible solución para el problema que surge en el los sistemas de excitación tipo brushless durante los transitorios con la excitatriz conectada a diferentes generadores.
Elevada constante de tiempo de des-excitación
Daños en la maquina en caso de falta
Sistema de des-excitación rápida
Cte de tiempo
Resistencias adicionales
4
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