SISTEMA DE DESEXCITACION RAPIDA PARA MAQUINA SINCRONAS CON EXCITACION INDIRECTA.
Sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas (1) con excitación indirecta a través de una máquina excitatriz (2) y puente rectificador giratorio (8),
que comprende:
- una impedancia de desexcitación (10) conectada entre el devanado de inductor (5) de la máquina síncrona (1) y el puente rectificador giratorio (8);
- un elemento de maniobra (9) conectado en paralelo con la impedancia de desexcitación (10);
- un circuito de control (11) del elemento de maniobra (9) configurado para que:
- en funcionamiento normal de la máquina síncrona (1), mantener el elemento de maniobra (9) cerrado de forma que el puente rectificador giratorio (8) alimenta directamente el devanado inductor (5) de la máquina sincrona (1);
- en caso de tener que desexcitar la máquina sincrona, abrir el elemento de maniobra (9) de forma que la impedancia de desexcitación (10) queda en serie con el devanado inductor (5) y con el puente rectificador giratorio (8)
Tipo: Patente de Invención. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: P200900468.
Solicitante: UNIVERSIDAD POLITECNICA DE MADRID
UNIVERSIDAD PONTIFICIA COMILLAS DE MADRID.
Nacionalidad solicitante: España.
Provincia: MADRID.
Inventor/es: PLATERO GAONA,CARLOS ANTONIO, BLAZQUEZ GARCIA,FRANCISCO, FRIAS MARIN,PABLO, REDONDO CUEVAS,MARTA, CARRERO LOPEZ,CARMELO, GRANIZO ARRABE,RICARDO.
Fecha de Solicitud: 19 de Febrero de 2009.
Fecha de Publicación: .
Fecha de Concesión: 9 de Septiembre de 2010.
Clasificación Internacional de Patentes:
- H02K19/38 ELECTRICIDAD. › H02 PRODUCCION, CONVERSION O DISTRIBUCION DE LA ENERGIA ELECTRICA. › H02K MAQUINAS DINAMOELECTRICAS (relés dinamoeléctricos H01H 53/00; transformación de una potencia de entrada en DC o AC en una potencia de salida de choque H02M 9/00). › H02K 19/00 Motores o generadores síncronos (teniendo imanes permanentes H02K 21/00). › Asociación estructural de los generadores síncronos con máquinas de excitación.
- H02P9/12 H02 […] › H02P CONTROL O REGULACION DE MOTORES ELÉCTRICOS, GENERADORES ELECTRICOS O CONVERTIDORES DINAMOELECTRICOS; CONTROL DE TRANSFORMADORES, REACTANCIAS O BOBINAS DE CHOQUE. › H02P 9/00 Disposiciones para el control de generadores eléctricos con el propósito de obtener las características deseadas en la salida. › para desmagnetizar; para reducir los efectos del magnetismo remanente; para evitar una inversión de la polaridad.
Clasificación PCT:
Fragmento de la descripción:
Sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta.
La presente patente de invención tiene por objeto presentar un nuevo sistema de desexcitación para máquinas síncronas con excitación indirecta mediante diodos rotativos, con el que se conseguiría mejorar la respuesta dinámica y la seguridad a la hora de desexcitar la máquina, lo que implica que en caso de cortocircuito interno los daños en la máquina serían mucho menores.
Antecedentes de la invención
Al producirse cortocircuitos internos en un generador, o antes del interruptor de generador, se producen daños debido a la propia aportación al cortocircuito del mismo generador. En este caso es fundamental reducir la corriente de excitación lo antes posible, de forma que no se induzca tensión en el estator y por tanto no haya más aportación al cortocircuito.
Existen fundamentalmente dos tipos de excitación para máquinas síncronas:
Las escobillas y los anillos rozantes son elementos con mantenimiento, especialmente en máquinas de gran potencia. Las escobillas se desgastan con el uso y es preciso reponerlas y mantenerlas. También las chispas y los depósitos de carbonilla son siempre un foco de posibles problemas. De modo que en las máquinas síncronas, se tiende a utilizar mecanismos de excitación del inductor sin escobillas.
Con la excitación indirecta se elimina el problema de las escobillas, pero tiene la desventaja de que empeora la respuesta dinámica de la máquina, al no tener acceso directo al devanado de excitación del generador principal, ya que se utiliza un elemento intermedio, otra máquina eléctrica, la excitatriz.
En el caso de un defecto interno, la rapidez de respuesta de la excitación juega un papel fundamental, limitando la aportación del alternador al cortocircuito.
Este problema se soluciona en las máquinas de excitación directa (a través de escobillas) intercalando una resistencia en el circuito de excitación, que se conecta para desexcitar la máquina rápidamente cuando ocurre una falta. Eso no es tan sencillo en las máquinas de excitación indirecta a través de diodos rotativos, donde no se tiene acceso directamente al devanado de excitación.
Se conoce el documento con número de publicación WO9320614 referido a un método y un dispositivo para la desmagnetización de máquinas síncronas sin escobillas. En este documento se describe un generador síncrono que incorpora una máquina excitatriz alimentada por un puente rectificador giratorio de tal modo que el circuito de corriente de excitación incorpora una resistencia para la disipación de energía conectada en paralelo con un tiristor. Para el desacoplo de la excitación el tiristor es apagado mediante un pulso de apagado transmitido a través de un conjunto anillo-escobilla.
Se conoce el documento con número de publicación DE 1763299 referido a una máquina síncrona con una máquina excitatriz. En este documento se describe el uso de una máquina síncrona que incorpora una máquina excitatriz alimentada por un puente rectificador giratorio de tal modo que el circuito de corriente de excitación incorpora una resistencia para la disipación de energía conectada en paralelo con un elemento de maniobra. Para el apagado de la máquina excitatriz se dispone de un transformador donde el primario está conectado al elemento de maniobra y el secundario, fuera de la máquina excitatriz, es operado externamente.
Descripción de la invención
El sistema objeto de la presente invención permite que una máquina síncrona de excitación indirecta se comporte, a efectos de desexcitación, de una forma similar a como lo haría una máquina de excitación directa, pero manteniendo las ventajas de la excitación sin escobillas.
El sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta a través de una máquina excitatriz y puente rectificador giratorio comprende:
- una impedancia de desexcitación, preferentemente una resistencia, conectada entre el devanado de inductor de la máquina síncrona y el puente rectificador giratorio;
- un elemento de maniobra, preferentemente de tipo semiconductor, conectado en paralelo con la impedancia de desexcitación;
- un circuito de control del elemento de maniobra configurado para:
El circuito de control está preferentemente configurado para abrir el elemento de maniobra en función de la tensión a la salida del puente rectificador giratorio, de forma que al actuar sobre el devanado inductor de la excitatriz, se pueda controlar la tensión a la salida del puente rectificador giratorio y por tanto la desexcitación de la máquina síncrona.
En una realización particular el circuito de control comprende:
- un divisor de tensión en paralelo con el puente rectificador giratorio y que consta de una primera y una segunda resistencias auxiliares, estando configurado dicho divisor de tensión para abrir el elemento de maniobra cuando la tensión sobre la segunda resistencia alcance un determinado valor.
El circuito de control puede comprender adicionalmente un diodo zener en paralelo con la segunda resistencia con el objetivo de limitar la tensión en la entrada de control del elemento de maniobra.
Gracias al sistema así descrito se consigue, en caso de defecto interno de la máquina síncrona, limitar los daños. En una máquina síncrona con excitación indirecta convencional, la corriente de defecto ante un cortocircuito interno puede durar del orden de varios segundos, con los consiguientes daños para el alternador. Sin embargo, implementando el sistema de desexcitación objeto de la invención, se consigue reducir este tiempo considerablemente, minimizando los daños.
A lo largo de la descripción y las reivindicaciones la palabra "comprende" y sus variantes no pretenden excluir otras características técnicas, aditivos, componentes o pasos. Para los expertos en la materia, otros objetos, ventajas y características de la invención se desprenderán en parte de la descripción y en parte de la práctica de la invención. Los siguientes ejemplos y dibujos se proporcionan a modo de ilustración, y no se pretende que sean limitativos de la presente invención. Además, la presente invención cubre todas las posibles combinaciones de realizaciones particulares y preferidas aquí indicadas.
Breve descripción de los dibujos
Fig. 1 muestra un esquema del sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta, objeto de la presente patente de invención.
Fig. 2 muestra una realización preferente del sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas con excitación indirecta, objeto de la presente patente de invención.
Fig. 3 muestra los resultados de la simulación de un cortocircuito en bornas de una máquina síncrona de 2MVA con excitación indirecta convencional.
Fig. 4 muestra los resultados de la simulación de un cortocircuito en bornas de la misma máquina síncrona de 2MVA anterior sobre la que se ha incluido el sistema de desexcitación objeto de esta invención.
Realización preferente de la invención
La Figura 1 muestra un esquema del método de desexcitación objeto de esta invención, donde se emplean las siguientes referencias:
Reivindicaciones:
1. Sistema de desexcitación rápida para máquinas síncronas (1) con excitación indirecta a través de una máquina excitatriz (2) y puente rectificador giratorio (8), que comprende:
- una impedancia de desexcitación (10) conectada entre el devanado de inductor (5) de la máquina síncrona (1) y el puente rectificador giratorio (8);
- un elemento de maniobra (9) conectado en paralelo con la impedancia de desexcitación (10);
- un circuito de control (11) del elemento de maniobra (9) configurado para que:
caracterizado porque dicho circuito de control (11) está configurado para abrir el elemento de maniobra (9) en función de la tensión a la salida del puente rectificador giratorio (8).
2. Sistema según la reivindicación 1, caracterizado porque el circuito de control (11) comprende:
- un divisor de tensión en paralelo con el puente rectificador giratorio (8) y que comprende una primera (12) y una segunda (13) resistencias auxiliares, estando configurado dicho divisor de tensión para cerrar el elemento de maniobra (9) cuando la tensión sobre la segunda resistencia (13) alcance un determinado valor.
3. Sistema según la reivindicación 2, caracterizado porque el circuito de control (11) comprende adicionalmente un diodo zener (14) en paralelo con la segunda resistencia (13) y configurado para la protección del elemento de maniobra (9).
4. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la impedancia de desexcitación (10) es una resistencia.
5. Sistema según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el elemento de maniobra (9) es un interruptor de tipo estático.
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