El Generador Sincrónico

Propiedades

Las propiedades de un generador sincrónico pueden resumirse de la siguiente manera;

1. El par electromagnético desarrollado en el devanado del inducido del estator se opone a la rotación del campo magnético del rotor obedeciendo la ley de Lenz.
2. La tensión generada o inducida en este devanado del estator se desfasara de la corriente que en el circule cuando este conectado a una carga eléctrica y la fase de esta corriente o el desfase con relación al voltaje generado dependerá de la naturaleza de la carga eléctrica conectada a la salida de ese generador.
3. La tensión generada por fase para un generador trifásico sera igual a:

$$ E_0 = U + I r_a + j I X_{\sigma a} \pm j I X_a $$

Donde:

$ E_0 $ → Fuerza electromotriz inducida o tensión generada.

U → Tensión a la salida del generador.

$ I r_a $→ Caída de tensión en el devanado del inducido debido a la resistencia activa de este devanado.

$ j I X_{\sigma a} → - E_{\sigma a} $ → representa la caída de tensión debido a la reactancia en el devanado del inducido ocasionada por el flujo de dispersión.

$ j I X_a → \pm E_a $ → Caida de tensión debido a la reacción del inducido y que podria ser megnetizante o desmagnetizante y por eso " \pm ".

$$ U = E_0 - I r_a - j I (X_{\sigma a} \pm X_a) $$

Donde;

$$ X_{ \sigma a} \pm = X_{sincrónica} $$

Esta expresión se le llama impedancia sincrónica.

Para máquinas sincrónicas de polos salientes esta impedancia sincrónica se descompone según los ejes longitudinal y transversal de la máquina y de aquí surgen:

$$ X_d = X{a d} + X_{ \sigma a} $$

$$ X_q = X_{a q} + X_{\sigma a} $$

Circuito eléctrico equivalente partiendo del esquema elemental

(imagen)

Para máquinas de polos interiores

(imagen)

Para máquinas de polos salientes

Según eje longitudinal (d)

(imagen)

Según eje transversal (q)

(imagen)

Reacción del inducido en el generador sincrónico

La corriente del devanado del estator de un generador sincrónico crea una fuerza magnétizante cuya onda fundamental se denomina fuerza magnétizante de la reacción del inducido y que gira sincrónicamente con el rotor. Esa reacción del inducido influye sobre la fuerza magnétizante creada por el devanado de excitación amplificandola o debilitandola y al mismo tiempo podría distorsionarla.

Específicamente para un generador sincrónico, el desplazamiento de la corriente del estator con relación a la fuerza electromotriz inducida E_0 o tensión generada en el devanado del estator podría estar el desfase con la corriente entre los siguientes elementos:

$$ -\frac {\pi} {2}  \leq   \Psi \leq \frac {\pi} {2} $$

Donde:

$ \psi $  → Angulo de desplazamiento en el tiempo entre la corriente del estator y la tensión generada $ E_0. $

Con el objetivo de analizar la reacción en el inducido vamos a analizar los siguiente casos:

$$ \psi = 0 $$

$$ \psi = \frac {\pi} {2} $$

$$ \psi = -\frac {\pi} {2} $$

Analizando la distribución de la corriente del estator y de los flujos magnéticos, ademas para la disposición mutua de la onda fundamental del campo de excitación y de la reacción del inducido donde:

$ \varphi_0 $ → Flujo magnético del campo de excitación.

$ \varphi_a $→ Flujo magnético del campo del inducido.

Tendremos como campo resultante ($ \varphi_{\delta} $)

$$ \varphi_{\delta} = \varphi_0 + \varphi_a $$

$ E_0 $ → F.e.m. inducida por $ \varphi_0 $

$ E_a $ → F.e.m. inducida por $ \varphi_a $

$$ E_{\delta} = E_0 + E_a $$

Analizando los casos:

Sí  $ \psi = 0 $

(imagen)

Para este caso particular el escrito de la reacción del inducido de un lado es magnétizante porque aumenta el flujo resultante pero transversalmente porque de igual forma le produce cierta distorsión.

Sí $ \psi = \frac {\pi} {2} $

(imagen)

Para el caso de una carga puramente inductiva, el efecto de la reacción del inducido reduce la tensión generado creando una deficiente regulación de tensión y de igual forma reduce el campo principal por lo que la reacción del inducido es de carácter desmagnétizante.

Sí $ \psi = -\frac {\pi} {2} $

(imagen)

Para una carga puramente capacitiva la tensión generada aumenta favoreciendo la regulación de tensión lo mismo sucede con el flujo resultante que aumenta por lo que podría decirse que la reacción del inducido tiene un carácter magnétizante.

Relación entre la tensión generada $ E_0 $ y la tensión a la salida U.

Diagrama vectorial simplificado

• Régimen de vacio ( I = 0 )

$$ E_0 = U + I r_a + j I (X_a + X_{\sigma a}) → E_0 = U $$

• Carga puramente resistiva ( FP = 1) $ U < E_0 $

$$ E_0 = U + I r_a + j I ( X_{\sigma a} + x_a ) $$

• Carga de carácter inductivo

I atrasa $ \varphi $ de U

$$ E_0 = ( U cos \varphi + I r_a ) + j (U sen \varphi + I X_{\sigma a} + I X_a) $$

• Carga de carácter capacitiva

I adelanta $ \varphi $ de U

$$ E_0 = (U cos \varphi + I r_a ) + j ( U sen \varphi - I X_{\sigma a} - I X_a) $$