Sincronoscopio de lamparas

Los alternadores funcionan en forma aislada cuando alimentan cargas de poca importancia y ellos son de potencia reducida. En general varios alternadores trabajan en paralelo alimentando una red, que a su vez funcionan conectados a grandes redes constituidas por sistemas interconectados.

Los alternadores en las centrales no trabajan directamente sobre la red, sino mediante transformadores elevadores. Esto se debe a que la tensión de generación del alternador no es siempre la más conveniente para el sistema consumidor. Lo común es que un alternador trifásico presente el esquema de conexiones que se ve en la figura parte a) y el esquema en la representación unifilar se aprecia en la parte b) de la figura.                                      

Podemos comenzar el estudio valíéndonos de dos alternadores monofásicos como vemos en la parte a) de la figura. En la parte b) se encuentra la semejanza con dos pilas de corriente contínua y en la parte c) la representación vectorial, la cual nos muestra que los tres vectores están superpuestos debido a que son exactamente iguales.                             

En la figura siguiente, parte a), apreciamos los dos generadores monofásicos antes de ponerse en paralelo y sin la carga. El generador de la izquierda genera una fem e = 2 ^½ E cos w t = 2 ^½ E cos 2 p f t  y el generador de la derecha genera una fem e´= 2 ^½ E cos w´t = 2 ^½ E cos 2 p f´t

La tensión en los terminales del interruptor que hará el acoplamiento, será la diferencia de las fems presentes en la única malla eléctrica:                 

V = e – e´ = 2 ½ E (cos 2 p f t - cos 2 p f´ t)

En el diagrama vectorial, parte b) vemos que E´ marcha a grados adelantada a la fem E.
Restando una de otra se obtiene V representativo de la tensión en bornes del interruptor. Si en esas condiciones cerramos dicho aparato de maniobra, la tensión resultante V en la malla originará una corriente de circulación Ic.
Este fenómeno no debe suceder, esta corriente de circulación se producirá entre las máquinas aunque no estén en carga provocando solamente pérdidas. La operación de puesta en paralelo deberá realizarse cuando los vectores E y E´ estén superpuestos, lo que significa que V = 0,los vectores de las dos fems están en fase y sus módulos son iguales.

Por relaciones trigonométricas v = e – e´ = - 2 2 ^½  E sen 2 p ((f + f´)/2) t sen 2 p ((f - f´)/2) t

Al valor de la semi- suma de frecuencias lo llamaremos frecuencia fundamental y por tratarse en la práctica de magnitudes muy próximas podemos aceptar que es igual a la frecuancia de cualquiera de las máquinas:

Fo = (f + f´)/2 = f

A la semi – diferencia de frecuencia la denominaremos frecuencia de batido:

Fb = (f – f´)/2

Por lo tanto:                                        V = - 2 2 ^½  E sen 2 pf_o t sen 2 pf_b t

En la figura siguiente apreciamos un diagrama de las dos ondas, y debajo su resultante. La tensión en los terminales del interruptor de cierre es una magnitud que vibra con una frecuencia baja, la de batido.

Método de las lámparas

Un alternador se conectará por medio de un interruptor automático In a la red que para el caso suponemos de potencia infinita. Esto quiere decir que el alternador que agregamos no produce ninguna alteración. La excitación se controla con un amperímetro, la velocidad de rotación del rotor con un taquímetro y la frecuencia con un frecuencímetro. Con voltímetros la tensión del alternador que entra en servicio y la de la red de potencia infinita. A la derecha se ven las lámparas conectadas a los terminales de cada fase del interruptor que hará el cierre.

Las vibraciones de la frecuencia fundamental no serán apreciadas, por ser muy rápidas, pero las vibraciones de la frecuencia de batido, que afectarán al módulo de la tensión, serán registradas por las lámparas por medio de su brillo luminoso. Cuando se cumpla la condición de paralelo, las tres tensiones de las lámparas serán nulas porque se habrán superpuesto las dos ternas de vectores. Por lo tanto para poder accionar el interruptor hay que esperar que las ternas de vectores estén superpuestas lo que se pondrá en evidencia porque las lámparas quedarán apagadas. Si el ángulo q tiene un valor distinto a cero y las pulsaciones w y w´ no son rigurosamente iguales, nunca se podrá efectuar la maniobra. Por lo tanto, la operación de paralelo requiere que una terna marche a velocidad ligeramente distinta a la de la otra, lo que se logra modificando en forma poco notable la velocidad de impulso de una de las máquinas, la que va a entrar en paralelo. De ese modo se consigue que una terna sea alcanzada por la otra, y habrá un momento en que se superponen totalmente, pudiendo hacerse en ese momento el cierre del interruptor. La oportunidad del cierre está relacionada con la posibilidad material de hacer la operación en el breve tiempo en que las dos ternas están superpuestas o prácticamente superpuestas. Para lograrlo la frecuencia de batido deberá ser muy pequeña.

La condición de paralelo indica:

1. igual módulo de tensión en las tres tensiones de fase
2. igual fase pera las tres tensiones de fase
3. igual frecuencia (sólo una leve diferencia)
4. igual secuencia de las dos ternas.

Lo primero se verifica con los voltímetros y se regula con la corriente de excitación del alternador que entra. Lo demás se verifica con las lámparas.

Este método descrito se denomina “ a lámparas apagadas ” porque la maniobra del paralelo se hace cuando las lámparas están apagadas. Si se trata de sistemas de alta tensión, las lámparas  deben reemplazarse por adecuados voltímetros provistos de sus correspondientes transformadores de tensión. El paralelo se ejecuta cuando los tres aparatos indican tensión nula.

Existen aparatos llamados sincronoscopios que registran el proceso y pueden hacer las maniobras del cierre del interruptor en forma automática.

Puede ocurrir que la secuencia del alternador que va entrar, sea diferente a la de la red. En este caso las lámparas nunca se apagarán en forma sistemática, sino que lo harán en forma alternativa. En el caso anterior, las lámparas alcanzan su brillo en forma cíclica, dando la impresión que la luminosidad “ rota ”. Según la dirección de rotación podemos saber cuál de las ternas va más rápido. En caso de secuencia equivocada, las lámparas brillan en forma alternativa y deben cambiarse las conexiones.

Bibliografía: Conversión Industrial de la Energía Eléctrica - Tomo I- Marcelo Sobrevilla