¿Qué sucede si falla el motor principal del generador síncrono?

Si tomamos una planta de energía térmica, entonces la turbina de vapor sirve como motor principal y se acopla con el generador síncrono. Ahora bien, si el suministro de vapor a la turbina de vapor se corta repentinamente mientras el generador síncrono está conectado a la red, ¿qué sucederá?

La respuesta es simple. Si todas las protecciones del generador funcionan bien, el generador se aislará de la red mediante el relé de protección de potencia inversa. Pero aquí supondremos que no funciona ninguna protección y luego investigaremos el comportamiento del generador síncrono.

Estas son las diversas posibilidades para un generador síncrono conectado a la red cuando el motor principal se desacopla repentinamente. El comportamiento del generador síncrono depende de si el devanado de campo está excitado o no.

Caso 1: la excitación de campo está disponible

En caso de que la excitación de campo del generador esté disponible cuando se corte el suministro de vapor a la turbina, el generador síncrono extraerá energía de la red y se comportará como un motor síncrono que gira en la misma dirección.

Caso2:La excitación de campo ha fallado

En este caso, consideraremos dos tipos de generador síncrono: polo saliente y polo cilíndrico.

Máquina de rotor cilíndrico: Funcionará como un motor de inducción funcionando en la misma dirección con una velocidad inferior a la velocidad síncrona.

Máquina de polos salientes: Funcionará como motor de reluctancia funcionando en la misma dirección a velocidad síncrona.

Una situación más es posible cuando el Primer motor está acoplado pero la Excitación falla sola, ¿Qué sucederá entonces?

En este caso, la Máquina funciona como un Generador de inducción cuyo rotor girará a una velocidad superior a la velocidad síncrona.

Basado en la construcción, el motor de inducción y la máquina síncrona tienen muchas similitudes. Ambos tienen estatores cableados para tener un campo magnético giratorio. La principal diferencia viene en la construcción del rotor. El motor de inducción requiere un camino cerrado para las corrientes de rotor inducidas creadas debido al corte de flujo. Este corte de flujo surge porque la máquina no está girando a velocidad síncrona, ya que el deslizamiento no es cero.

En Synchronous Machine también están disponibles caminos cerrados. En la máquina de polos salientes, las barras amortiguadoras actúan como un rotor de jaula de ardilla, ya que los polos salientes están laminados, por lo que el núcleo no proporciona caminos cerrados adecuados. En el caso de una máquina de rotor cilíndrico, hay un núcleo de acero sólido que proporciona una ruta de corriente cerrada. Entonces, cuando la máquina pierde el sincronismo, estos proporcionarán caminos para las corrientes circulantes y crearán un campo magnético.

Ahora considere un generador síncrono conectado a la red. Cuando falla la excitación, la capacidad de suministro de energía de la máquina se reduce repentinamente. Entonces, la entrada de energía mecánica es mayor que la salida de energía eléctrica. Este desequilibrio acelerará el rotor y lo obligará a funcionar por encima de la velocidad síncrona. Se crean las corrientes circulantes y luego el campo magnético. La máquina comenzará a generar energía por inducción y, por lo tanto, funcionará como generador de inducción.

¿Por qué no operamos el generador síncrono como generador de inducción?

No podemos operar un generador síncrono como un generador de inducción. Esta operación es desastrosa ya que la corriente circulante calentará el núcleo y puede dañar los aislamientos. También hay un cambio considerable en el flujo de potencia reactiva. Un generador síncrono que generaba energía en atraso se cambia repentinamente a una máquina que absorbe energía en atraso, es decir, genera energía en adelanto. Estos cambios repentinos sin duda causarán perturbaciones en la red.

Cabe señalar que la falla en el campo no significa que el campo magnético del rotor esté ausente. La máquina extrae energía reactiva de Grid para crear un campo magnético. Este campo es creado por las corrientes circulantes del rotor.

En industrias, estas situaciones son prevenidas por el sistema Generator Protection que aísla el generador de la red inmediatamente después de detectar la falla.

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