Conexión de Generadores Síncronos en Paralelo.

El motivo por el cual los generadores sincronos se conectan en paralelo es que a medida que incrementan las necesidades de carga, se requiere generar más energía eléctrica y la forma en que se puede ir incrementando la generación es conectar más generadores síncronos en paralelo. Además los generadores síncronos a excepción del acoplamiento mecánico, ellos ordinariamente no pueden operar en serie, son estables solamente cuando operan en paralelo. Si uno de los generadores conectados en paralelo adelanta su propia fase respecto a otro, más carga es automáticamente manejada por este. Al mismo tiempo el otro generador, retarda su propia fase cediendo alguna de su carga. El resultado es que el generador que maneja más carga pierde velocidad, pero el que la cede la aumenta su velocidad hasta que la relación de fase propia es restablecida. Este cambio de carga entre los dos generadores en paralelo es equivalente a la transferencia de energía de uno a otro. No obstante es algunas veces convenientes considerar el cambio de carga como un intercambio de energía ya que la transferencia real de energía no se lleva a cabo, excepto cuando la carga en el sistema es cero o cuando la carga en un generador es menor que el cambio requerido en su carga para restablecer el sincronismo.

Las condiciones ideales de operación para los generadores sincronos en paralelo son tener sus KVA´s de salida proporcionales a sus rangos de KVA y tener sus corrientes de salida en fase una con otra y por consiguiente en fase con al corriente de carga. Bajo estas condiciones la corriente resultante entregada a la carga por los generadores sincronos en paralelo es igual a la suma aritmética de las corrientes de salida de los generadores individuales.

las condiciones bajo las cuales los generadores sincronos pueden operar satisfactoriamente en paralelo, son tan limitadas como para los transformadores en paralelo. Cuando llos transformadores operan en paralelo, son conectados en paralelo tanto en el lado primario como el secundario. Todos los voltajes del primario y secundario deben ser iguales en magnitud y fase, bajo estas condiciones las salidas relativas de los transformadores y los factores de potencia a los cuales operan son fijados por las constantes de los transformadores. Cuando los generadores sincronos están en paralelo, sus voltajes en terminales son iguales y están en fase ,estos voltajes corresponden a los del secundario de los transformadores, no obstante que los voltajes de excitación de los generadores corresponden a los voltajes del primario de los transformadores, los voltajes no necesitan ser iguales en magnitud y fase. Ellos pueden ser ajustados en magnitud y fase, cambiando la cantidad relativa de potencia dada a los generadores y al mismo tiempo cambiando sus excitaciones relativas. De este modo los generadores sincronos pueden dividir los Kw de carga en cualquier modo deseado y operar a cualquier factor de potencia deseado.

Para que un generador sincrono pueda conectarse en paralelo con otros ya funcionando se requiere que el generador entrante cumpla con los siguientes requisitos:

1.    Igual secuencia de fases en los voltajes de generación.

Esto significa que la secuencia de fases en los voltajes de generación en el generador entrante debe ser igual a la del bus al cual se va a conectar. Para verificar esto se necesita un secuencímetro.

2.    Que la velocidad del generador entrante corresponda exactamente con al frecuencia del sistema al que se va a conectar.

En realidad en el instante de conectar las frecuencias del generador entrante y la del bus, no pueden ser iguales, ya que de otra manera no podría verse en instante de correspondencia de fases. En virtud de que el generador entrante, va conectarse para contribuir con el sistema, la frecuencia del generador entrante debe ser ligeramente mayor que la del bus ( 1/3 de ciclo aprox. ), para que en el instante que se conecte empiece a manejar parte de la potencia activa y ya conectado entonces sí, las frecuencias se igualan.

1.    La tensión del generador entrante debe ser numéricamente igual a la del bus ( sistema en los bornes en que efectúe la conexión ).

2.    Debe existir correspondencia de fases ( momento en que debe cerrarse el interruptor que conecta al generador entrante ).

La correspondencia de fases significa: que si los voltajes del bus en cada una de sus fases tienen un valor determinado, los voltajes del generador entrante en cada una de sus fases debe tener el mismo valor, en pocas palabras entre sus terminales que se conectan no debe existir diferencia de potencial.

para checar correspondencia de fases existen en forma práctica varios métodos los usuales son los siguientes:

1.    Lamparas de sincronización.- Una antigua forma de indicador de sincronismo, que todavía se utiliza algunas veces, exige el empleo de lamparas incandescentes conectadas de manera tal que un evento especifico de encendido o apagado de las lamparas se presente solo una vez y este corresponda al instante de correspondencia de fases y señale así el instante en el cual debe cerrarse el interruptor.

a).- método de lamparas abiertas:

Como podrá observarse el instante de sincronismo corresponderá al instante cuando la lampara 1 y 2 están apagadas. Debe tenerse cuidado antes de operar estas lamparas para sincronización, debe checarse el buen estado de ellas.

b).- Método de lamparas cruzadas:

En el instante de sincronismo ambas lamparas 1 y 2 encendidas al voltaje de línea.

c).- Método de Siemens haslke:

2.    Uso de Sincronoscopio. El sincronizador lincoln ha sustituido casi totalmente el empleo de las lamparas de sincronización, aunque en algunas ocasiones se utilizan las dos conjuntamente. El Sincronoscopio consiste en un pequeño motor bipolar, cuya estructura laminada del campo es excitada desde las barras colectoras ( bus ) a una frecuencia f₁ = w/2p, a través de una resistencia R_f, que es lo suficientemente grande para tener la seguridad que la corriente de excitación estará en fase con la tensión aplicada V.

El inducido tiene dos devanados R y X en cuadratura alimentados desde el generador entrante cuya frecuencia  f₂ =w´/2p, y tensión V´ pueden ser mayor o menores que la del bus. Un devanado esta en serie, mediante anillos de contacto, con una resistencia no inductiva R y el otro esta en serie, mediante anillos de contacto, con una resistencia no inductiva R y el otro esta en serie con una reactancia X de valor tal, que las corrientes en los devanados están muy próximas a cuadratura de tiempo y sus fmm´s eficaces son iguales; en otras palabras, la corriente en el devanado X se atrasa con respecto a V´en casi 90º. Se supone que la tensión inducida en bobinas del inducido R y X por la alternancia del flujo de excitación es despreciable y que la tensión inducida en F por los flujos debidos a los devanados R y X es también despreciables.

De acuerdo con estas hipótesis es posible considerar independientemente el par que actúa sobre la bobina R debido a la reacción entre su corriente y el flujo establecido por el campo F y el correspondiente par que actúa sobre la bobina X debido a su reacción con la bobina F. La corriente en la bobina R esta en fase con V´ y el flujo debido a F esta en fase con V. Mientras que el generador entrante esta adquiriendo velocidad, el ángulo de fase entre V y V´esta variando constantemente, si este ángulo d, en el instante en que los ejes de los devanados R y F están desplegados mecánicamente por el ángulo q, el par que actúa sobre la bobina R es:

T_R = K Sen q Cos d´