Evaluaciones del Curso Conversión de Energía Eléctrica IV CT-4311 Enero-Marzo 2013


Primer Parcial 1 de Febrero25% Tarea 5%

Segundo Parcial 22 de Febrero 30% Tarea 5%

Tercer Parcial 5 de Abril 30% Tarea 5%

Horario:

     
Martes  9:30-11:30
Viernes
9:30-12:30
    ENE-112
ENE-112





Carnet Apellido Nombre Pacial I Parcial II Parcial III Tarea
I
Tarea
II
Tarea
III
Total Definitiva
      25% 30% 30% 5% 5% 5% 100%

Base 5

0537815
Alvarado
Angel
8
15
19
2
-
5
49
3
0741123
López
Ricardo
12
14
16
4
2
5
53
3
0810069
Armas
Ruben
24,5
19
20
5
5
5
78,5 4
0810175
Cañamero
Alfonso
5
10
25
2
2
5
49
3
0810349
Feijoo
Jorge
14
16
26
4
4
5
69
4
0810504
Guillén
Natalie
8
21
18
3
5
5
60
3
0810960
Rodríguez
Raul
20
20
6
3,5
5
-
54,5
3
0811112
Tellez
Fernando
20
10
12
3
3
2
50
3
0811139
Urbina
Maryhec
17
14
8
3,5
3
5
50,5
3
0910116
Bujosa
Anthony
25
19
15
5
5
5
74
4
0910466
Macias
Jose
24
26
16
5
5
5
81
4
0910752
Rojas
Feiber
25
24
25
5
5
5
89
5
Promedios


16,79
16,5
17,17
3,75
3,0
4,33
63,15
3,5

Tarea No.1 (1-2-13)

Máquinas Eléctricas IV


CT-4311


Una máquina sincrónica de polos salientes tiene los siguientes datos de placa:

V n =10 kV Sn=25 MVA cos ϕn=0,77 ifn = 200A f = 60Hz p = 6

Cuando la máquina opera como condensador sincrónico, entrega 19,453 MVAR con tensión nominal en bornes y 324,5A en la bobina de campo, esto corresponde a la máxima corriente posible en régimen permanente. Determine:

  1. La reactancia del eje directo y cuadratura
  2. El punto de operación si la máquina opera como motor inductivo en la convención motor a una tensión de 10,5 kV accionando una carga de 20 MW con una corriente de campo de 146 A
  3. El diagrama fasorial a escala del anterior punto de operación
  4. La corriente de campo necesaria para entregar 18 MW y 17 MVAR con tensión de 9,5 kV y los correctivos necesarios para poder operar esta máquina en régimen permanente
  5. Los datos nominales de la máquina si la frecuencia del sistema es de 90 Hz
  6. El diagrama completo de los límites de operación de la máquina como motor o generador


Examen No.1 (1-2-13)

Máquinas Eléctricas IV

CT-4311


Una máquina sincrónica de polos salientes tiene los siguientes datos de placa:
Vn=416 V
Sn=50 kVA
cos φn=0,85
ifn=10 A
ifmax=18,7A
f=60 Hz
p=2
ηn=97
Cuando la máquina opera como condensador sincrónico, entregando 30 kvar con una tensión en bornes de 437 V, requiere 17,12A en la bobina de campo. Determine:
  1.  Los parámetros de la máquina sincrónica incluyendo las resistencias del rotor y del estator si se asume que las pérdidas del hierro son del 1% y la tensión nominal de alimentación del campo es de 60V
  2.  Corriente de campo necesaria para motorizar una bomba de 40 kW, a tensión nominal con factor de potencia unitario, incluyendo el efecto de la resistencia estatórica
  3.  Repita el problema anterior en una convención diferente a la que utilizó previamente y demuestre que los resultados coinciden
  4.  Determine las expresiones de potencia activa y reactiva en función de los parámetros, el ángulo de carga y la fuerza electromotriz rotórica considerando el efecto de la resitencia del estator
  5.  Factor de potencia, ángulo de carga y corriente de armadura si la máquina genera 35 kW a tensión 395 V y corriente de campo máxima. Verifique los resultados con un método alterno



    Tarea No.2 (22-2-13)

    Máquinas Eléctricas IV

    CT-4311


    Una máquina sincrónica de rotor liso de 100 MVA de potencia nominal, 10 kV, fp nominal 0.85, un par de polos, 60 Hz, corriente de campo nominal 300 A, tiene una reactancia de cortocircuito de 1,0 pu. La reactancia de dispersión es de 0.2 pu. La característica de vacío se puede representar mediante la siguiente función en matlab:
    %  Lm0:   Inductancia no saturada       (2   pu)
    %  Lmsat: Inductancia saturada          (.2  pu)
    %  PsiT:  Flujo de transición           (.93 pu)
    %  fT:    Anchura de la transición      (1   pu)

    function plsaturation(Lm0, Lmsat, PsiT, fT)

    iT = 1/Lm0*PsiT;
    Psimax = 4*iT*Lmsat+PsiT
    Psim = [0:0.002:1]*Psimax;
        
    tauT = fT / PsiT * Lm0/Lmsat;

    Mf = 1/Lmsat;
    Mi = (1/Lm0 - 1/Lmsat*(.5-atan(tauT*PsiT)/pi))/(.5+atan(tauT*PsiT)/pi);
    im = (Mf-Mi)/pi*(((Psim-PsiT).*atan(tauT*(Psim-PsiT)) - PsiT*atan(tauT*PsiT))+ .5/tauT*(log(1+(tauT*PsiT)^2) - log(1+tauT^2*(Psim-PsiT).^2)) ) + Psim.*(Mf+Mi)/2;

    plot(im,Psim);
    ylabel('\Psi_m');
    xlabel('i_m');
    grid on;

    1. Calcule la máxima potencia reactiva que puede entregar la máquina como condensador sincrónico
    2. La corriente de campo máxima
    3. La corriente de campo mínima para potencia activa nominal
    4. El punto de operación a potencia nominal y factor de potencia unitario
    5. El punto de operación a potencia de 30 MW y corriente de campo máxima
    6. El punto de operación a potencia de -40 MW y corriente de campo nominal
    7. La característica de potencia activa en función del ángulo de carga
    8. El lugar geomético de la corriente de armadura que no viola límites de operación.
    9. Determine el triángulo de Potier de esta máquina
    10. Determine las curvas en V a tensión nominal para P=[0, 0.2, 0.4, 0.6, 0.8 y 1.0} pu
    Nota: Las mejores tareas serán publicadas, La curva de vacío obtenida con la función de Matlab es la siguiente

    Curva de Vacío



    Mejores tareas:

    1. Feiber Rojas
    2. José Macías
    3. Anthony Bujosa
    4. Natalie Guillén
    5. Rubén Armas

    Tarea No. 2 Recuperación (11/3/13)

    Máquinas Eléctricas IV
    CT-4311


    Una máquina sincrónica de polos salientes de 10 MVA de potencia nominal, 3 kV, fp nominal 0.8, 3 pares de polos, 60 Hz, corriente de campo nominal 100 A, tiene una reactancia de cortocircuito de 0.9 pu y la de cuadratura es 0.55 pu. La reactancia de dispersión es de 0.15 pu. Las pérdidas óhmicas del estator son del 0.5% en el punto nominal La característica de vacío es lineal hasta un 80% de la tensión nominal y en este punto el campo consume 50 A. Para corrientes mayores se puede aproximar a una recta que pasa el punto correspondiente a la tensión nominal, a la corriente de campo nominal.


    1. Calcule la corriente de campo necesaria para motorizar una carga de 9 MW y -1.5 MVAR.
    2. Determine el ángulo de carga y los reactivos requeridos cuando se acciona el generador con 6 MW y corriente de campo máxima.
    3. Dibuje los lugares geométricos de las potencias activa y reactiva, corriente de armadura y fuerza electromotriz del campo a tensión nominal.
    4. Obtenga las curvas en "V" a 0.95, 1.0 y 1.05 de la tensión nominal de armadura, representando las potencias P={0,.2,.4,.6,.8,1.0,1.2} y los fp={cap,.2,.4,.6,.8,1.0,.8,.6,.4,.2,ind}.
    Las respuestas deben incluir los cálculos o programas que generan las correspondientes curvas o lugares geométricos.


    Examen No.2 (22-2-13)

    Máquinas Eléctricas IV

    CT-4311

     

    Una máquina sincrónica de polos salientes tiene los siguientes datos de placa:

    V n =3 kVSn=5 MVAcos ϕn=0,85ifn = 100 AXd = 1,2Xq = 0,8Xσ = 0,2f = 60Hz

    La característica de vacío se puede aproximar a la curva:

                (             )
Ef = 0,6275  1 - e-1,5936if +  0,5 if pu

    Determine:

    1. La corriente de campo máxima
    2. El punto de operación con corriente de campo máxima y generando 3 MW hacia la red
    3. La corriente de campo necesaria para operar a potencia nominal con factor de potencia unitario
    4. Para potencia nominal ¿Cuál será la corriente mínima posible de campo?
    5. La característica de cortocircuito
    6. El diagrama de Potier a corriente nominal y factor de potencia inductivo

    Tarea No.3 (5-4-13)

    Máquinas Eléctricas IV

    CT-4311



    Modelar el comportamiento dinámico de una motor sincrónico de polos salientes con devanados amortiguadores de 20 MVA, 13.8 kV, factor de potencia nominal 0.85, y corriente de campo nominal de 500 A. Los datos de la máquina en el sistema adimensional de unidades, son los siguientes:

    Re
    Rf
    Lse
    Lsf
    Ld
    Lq
    Ldf
    2HwB
    0.01
    0.03
    0.2
    0.3
    1.2
    0.8
    1.0
    800
    Rad
    Raq
    Lad
    Laq
    Lad-d
    Laq-q
    Lad-f
    Lsa
    0.02
    0.02
    1.2
    0.8
    1.0
    0.6
    0.9
    0.1

    La corriente de campo nominal produce la tensión nominal en la condición de vacío. El motor sincrónico acciona una bomba cuya característica es:
    Tm = 0.3+2.7 wm2

    La máquina sincrónica se arranca conectándola a la red trifásica, mientras se mantiene la bobina de campo en cortocircuito hasta alcanzar el punto de equilibrio. Una vez alcanzado este punto se inyecta la corriente de campo nominal.
     
    Asignaciones:
    1. Determine las bases coherentes del sistema adimensional de unidades.
    2. Realice un análisis de los resultados obtenidos cuando se integran las ecuaciones dinámicas por medios numéricos
    3. Determine con el modelo las corrientes de campo que hacen operar a la máquina en factor de potencia capacivo e inductivo de 0.9
    4. Calcule las corrientes de cortocircuito brusco en la barra de alimentación en el instante inicial si la máquina se encuentra previo al cortocircuito en un punto de operación donde consume la potencia nominal a factor de potencia 0.8 inductivo considerando que la velocidad no cambia durante el transitorio electromagnético.
    5. Repita el cálculo de las corrientes de cortocircuito brusco en la barra de alimentación en el instante inicial si la máquina se encuentra previo al cortocircuito en un punto de operación donde consume la potencia nominal a factor de potencia 0.8 capacitivo no cambia durante el transitorio electromagnético.
    6. Compare lso resultados obtenidos en los puntos 3 y 4 con el método transitorio aproximado
    7. Determine la frecuencia y amortiguamiento de las oscilaciones de pequeña señal ante pequeños escalones de la carga mecánica
    Mejores Tareas:
    1. José Macías
    2. Feiber Rojas
    3. Natalie Guillén


    Examen No.3 (5-4-13)

    Máquinas Eléctricas IV

    CT-4311


    Una máquina sincrónica de polos salientes, tiene los siguientes datos de placa:


    1. Las ecuaciones completas de la máquina (tensión y par), expresando todos los parámetros en por unidad de una base coherente
    2. La corriente instantánea después de una reducción del 15 % de la tensión de la barra infinita, despreciando el efecto de los devanados amortiguadores
    3. Las corrientes transitorias y subtransitorias aproximadas, si la tensión de la barra infinita se deprime un 15 % y la potencia eléctrica se mantiene prácticamente constante durante la perturbación
    4. Las corrientes transitorias y subtransitorias aproximadas, durante un cortocircuito en bornes de la máquina
    5. La frecuencia, amplitud y duración de las pequeñas oscilaciones cuando se aplica un escalón del 3% en el par mecánico, considerando el efecto del devanado amortiguador
    6. Escriba la rutina de matlab que permite calcular las derivadas de las variables de estado de la máquina accionando una bomba, si se alimenta con un sistema trifásico balanceado de tensiones de secuencia positiva