Diseño y construcción de un regulador automático de tensión para máquina síncrona

Abstract

Los reguladores automáticos de tensión son un elemento fundamental para el buen funcionamiento de las máquinas síncronas, especialmente cuando funcionan como generadores de energía eléctrica. La tensión en bornes de las máquinas síncronas depende directamente de la corriente de excitación que circule por el rotor (corriente continua), pero puede verse afectada por mucho factores externos como la carga a la que la máquina esté conectada, la velocidad de rotación o la temperatura de los devanados. Los reguladores automáticos de tensión permiten mantener la tensión en bornes de la máquina constante e independiente de los factores externos que puedan afectar a su valor. Esta regulación es fundamental no solo para el funcionamiento de la máquina, sino también para garantizar la calidad de suministro y seguridad en los sistemas que los generadores alimentan, tanto si son sistemas de potencia infinita como si son sistemas aislados (especialmente si son sistemas aislados). El principio de funcionamiento de estos reguladores se basa en la manipulación de la corriente de excitación del rotor. Para ello deben actuar sobre el sistema de excitación o excitatriz, que puede ser de muchos tipos, clasificados en excitatrices estáticas o rotativas. Para realizar la regulación automática básicamente se mide la tensión de salida de la máquina, se compara con una referencia, y se actúa en consecuencia aumentando o disminuyendo la corriente del rotor. El presente proyecto trata sobre el diseño y construcción de un regulador automático de tensión para máquinas síncronas pequeñas con sistemas de excitación estáticos, en el que se incluye la protección con un limitador de corriente máxima de rotor. Los objetivos principales comprendían el diseño de un hardware de medida, control y potencia, así como de un software de control, la construcción de un prototipo y la comprobación de su funcionamiento en una serie de ensayos con una máquina síncrona del laboratorio de máquinas eléctricas de la ETSI ICAI.

The automatic voltage regulators are a fundamental component for the proper operation of the synchronous machines, primarily when they work as electricity generators. The voltage at terminals of synchronous machines depends directly on the excitation current that flows through the rotor (direct current), but can be affected by many external factors such as the load at which the machine is connected, the rotation speed or the temperature of the windings. The automatic voltage regulators enable to keep the voltage of the machine constant and independent of external factors that may affect its value. This regulation is fundamental not only for the proper working of the machine, but also to ensure the quality and security of supply of the systems fed by the generators, whether they are infinite power systems or isolated systems (especially if they are isolated systems). The principle of operation of these regulators is based on changing the rotor excitation current. To do so they must act on the system of excitation or exciter, which can be of many types, classified as static or rotary exciters. To perform the automatic regulation the output voltage is measured, then it is compared to a reference, and it work thus increasing or decreasing the rotor current. This project deals with the design and construction of an automatic voltage regulator for small synchronous machines with static excitation systems, and includes a maximum rotor current limiter protection. The main objectives included a hardware design of measurement, control and power, as well as a software control, the construction of a prototype and the verification of its operation in some tests made with a synchronous machine of the ETSI ICAI electric machines laboratory.