Ingeniería de Máquinas y Sistemas Eléctricos: Curvas características del generador síncrono

Variación de la tensión E por modificación de la intensidad de excitación

Para una misma potencia del generador, el control de la excitación permite que la tensión V y la corriente I_i puedan estar en adelanto o retraso para una misma potencia.

Vigilancia del funcionamiento de los generadores sobreexcitados

La tensión E siempre está adelantada respecto a la tensión V.
Si I_i está retrasada respecto V (factor de potencia en retraso) el valor de E es grande y el generador se encuentra sobreexcitado.
La sobreexcitación implica que la corriente por el rotor sea alta, dando lugar a un calentamiento importante y problemas de saturación del material del rotor. La situación de I_i, muy retrasada respecto V, se obtiene cuando se conectan cargas muy inductivas (factor de potencia en retraso ~ 0,3 a 0,5).

¡Atención!: Debe procurarse que al conectar cargas muy inductivas, se conecten también cargas capacitivas (condensadores) con el fin de que el conjunto no retrase excesivamente la I_irespecto la V.

Variación de la tensión en bornes de salida frente a la intensidad del inducido I_i

Según el tipo de carga que este alimentando el generador, pueden aparecer tres casos:

· Carga puramente resistiva

La tensión V y la corriente I_i estarán en fase y el diagrama fasorial será:

La variación de V frente I_ise obtiene geométricamente aplicando:

Elipse de semiejes E y E/Xs, en el primer cuadrante, donde ambas variables son positivas.

Cuando el generador está en vacío (I_i= 0), la tensión V = E (es igual a la E en vacío del generador) correspondiente a la intensidad de excitación I_exc , de acuerdo con la curva de magnetización.

A medida que la carga va en aumento, o sea I_iincrementa, la tensión va disminuyendo hasta llegar al caso límite del generador en cortocircuito, en que la intensidad será E/Xs.

Si la intensidad de excitación aumenta, se obtendrán elipses por encima de la anterior.

· Carga puramente inductiva

La intensidad I_iestará retrasada π / 2 respecto de V y el diagrama fasorial será:

Se cumple V = E - X_S · I_i

· Carga puramente capacitiva

La intensidad I_i está adelantada π / 2 respecto V.

Se cumple:

En los generadores reales la resistencia no es exactamente cero, la reactancia síncrona XS no es constante, existen efectos de saturación y el entrehierro no es totalmente cilíndrico. Por esto las curvas reales difieren de las teóricas.

Efectos de los cambios de carga sobre un generador síncrono

El funcionamiento de un generador síncrono bajo carga, varía fuertemente dependiendo del factor de potencia de la carga.

Inicialmente la máquina funciona a velocidad constante y se aumenta entonces la carga (incrementa la potencia activa y reactiva tomada del generador, aumentando la Ii del inducido.

V = E_o – j · X_s · I_i (R_s ≈ 0)

Como la corriente de excitación no se ha modificado, la tensión E₀ se mantendrá constante, de tal modo que al aumentar I_i aumentará la caída de tensión en la reactancia síncrona y se reducirá la tensión de salida. Sin embargo, para cargas capacitivas se obtiene un aumento magnetizante.

(1) Comportamiento del generador síncrono al colocar nuevas cargas

Si se supone que el generador está cargado con cargas de factor de potencia unitario y se añaden nuevas cargas con el mismo factor de potencia, la tensión en bornes del alternador, V, sólo disminuye ligeramente.

Si el generador está cargado con un factor de potencia en adelanto, al agregar nuevas cargas con el mismo factor de potencia, la tensión de la reacción de inducido permanece por fuera de su valor previo, y la tensión V aumenta.

Si el generador está cargado con un factor de potencia en atraso, al agregar nuevas cargas con el mismo factor de potencia, la tensión en bornes del alternador V bajará.