Características de circuito abierto y cortocircuito de la máquina síncrona

La prueba de circuito abierto y la prueba de cortocircuito se realizan en una máquina síncrona para conocer los parámetros de la máquina síncrona y, por lo tanto, tener una idea de su rendimiento. La prueba de circuito abierto de la máquina síncrona también se denomina sin carga, saturación o características de magnetización por el motivo que quedará claro después de revisar la publicación.

Para obtener las características de circuito abierto de la máquina síncrona, el alternador se acciona primero a su velocidad nominal y se anota el voltaje del terminal abierto, es decir, el voltaje en el terminal del inducido, variando la corriente de campo. Por lo tanto, la característica de circuito abierto o OCC es básicamente el gráfico entre el voltaje del terminal de armadura Ef versus la corriente de campo If mientras se mantiene la velocidad del rotor en el valor nominal. Cabe señalar que para OCC, el valor final de Ef será el 125% de la tensión nominal.

La siguiente figura muestra el diagrama de conexión para realizar la prueba de circuito abierto del alternador.

Como se desprende claramente de la figura anterior, un amperímetro está conectado en serie con el circuito de campo para medir la corriente de campo y un voltímetro está conectado entre los terminales del inducido para anotar el voltaje generado. La figura (b) muestra la gráfica entre If y Ef. Se puede ver en el gráfico que la relación entre la corriente de campo If y el voltaje generado sin carga Ef es lineal hasta cierto valor de la corriente de campo, pero a medida que aumenta la corriente de campo, la relación ya no permanece lineal. La parte lineal de la relación se debe a que, con un valor pequeño de corriente de campo, el espacio de aire requiere todo el mmf para crear un flujo magnético, pero a medida que el valor de mmf excede cierto valor, las partes de hierro se saturan y, por lo tanto, la relación entre el el flujo (la fem generada sin carga es proporcional al flujo) y la corriente de campo ya no permanece lineal.

A continuación, suponga que si no hubiera saturación (suponiendo que no hay parte de hierro presente, sino que solo hay espacio de aire), la relación entre la corriente de campo y el voltaje sin carga habría sido una línea recta y es por eso que la línea recta ob en la figura se llama línea de espacio de aire.

Así observamos que debido a la saturación en las partes de hierro de la máquina, el voltaje generado sin carga Ef no aumenta en la misma proporción que el aumento en la corriente de campo.

Prueba de cortocircuito de máquina síncrona:

Para realizar la prueba de cortocircuito en un alternador, la máquina se conduce a la velocidad sincrónica nominal y los terminales del inducido se cortocircuitan a través de un amperímetro, como se muestra en la figura a continuación.

Ahora la corriente de campo If se incrementa gradualmente desde cero hasta que la corriente de cortocircuito del inducido alcance su valor máximo seguro, es decir, del 125 al 150% de su valor de corriente nominal. Se anotan y trazan las lecturas de la corriente de campo If y de la corriente de cortocircuito.

Si ve el gráfico anterior de Prueba de cortocircuito, notará que las características de cortocircuito de una máquina síncrona son una línea recta.

¿Por qué las características de cortocircuito de la máquina síncrona son de línea recta?

Para la prueba de cortocircuito, como los terminales del inducido están en cortocircuito, por lo tanto, el voltaje del terminal Vt = 0. Por lo tanto, la fem del entrehierro Er solo será suficiente para proporcionar la caída de impedancia de fuga en el inducido, es decir,

Er = Ia(Ra + jXal) donde Xal = Reactancia de fuga del inducido

Como sabemos que, para una máquina Síncrona el valor de Xal es del orden de 0.1 a 0.2 por unidad y Ra (Resistencia de Armadura) es despreciable por lo que podemos escribir como

Xal = 0.15 (Tomando valor promedio de 0.1 y 0.2)

Ra = 0

entonces Er = Ia (Ra +jXal) = 0.15Ia

Tomando la corriente nominal de la armadura, Ia = 1 pu

Por lo tanto, Er = 0,15 pu

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Por lo tanto, observamos que durante la prueba de cortocircuito, la fem Er del entrehierro generada es de solo 0,15 pu, lo que significa que el flujo del entrehierro también debe ser de 0,15 pu. Como el flujo de entrehierro resultante es solo 0,15 de su valor nominal en condiciones de voltaje normal, un valor tan bajo de flujo de entrehierro no satura las partes de hierro de la máquina síncrona y, por lo tanto, las características de cortocircuito son una línea recta. También se debe tener en cuenta aquí que, en caso de prueba de cortocircuito, el inducido mmf se desmagnetiza casi por completo, lo que da como resultado un valor muy bajo del flujo de entrehierro.