Por qué la longitud del espacio de aire en la máquina síncrona es más que en la máquina de inducción

El espacio de aire en una máquina eléctrica giratoria es un medio de acoplamiento para transferir energía eléctrica del estator al rotor o viceversa. También es necesario para la rotación libre y la refrigeración adecuada de la máquina. Generalmente, la longitud del entrehierro se mantiene lo más baja posible debido a varias razones. Pero si comparamos la longitud del espacio de aire de la máquina síncrona con la de la máquina de inducción, notamos que es más en el caso de la máquina síncrona en comparación con la máquina de inducción.

¿Por qué la longitud del espacio de aire es mayor en la máquina síncrona?

La longitud del espacio de aire en la máquina síncrona se mantiene más en comparación con la máquina de inducción debido a las siguientes razones:

  • Para aumentar el límite de estabilidad de la máquina síncrona

Entendamos cómo el límite de estabilidad aumenta con una longitud de entrehierro más larga. Una longitud de entrehierro más larga significa una mayor reticencia ofrecida al flujo magnético. Más reluctancia significa menor valor del flujo de reacción del inducido y, por lo tanto, menor valor de la reactancia de reacción del inducido (Xar). Aparte de esto, el flujo de fuga del inducido también se reducirá debido a la mayor longitud del entrehierro. Esto, a su vez, reduce el valor de la reactancia de fuga del inducido (xal).

Por lo tanto, la reactancia síncrona (Xs), que se define como la suma de la reactancia de reacción del inducido y la reactancia de fuga del inducido, es decir, Xs = (Xar + xal), también se reduce. El flujo de potencia en la máquina síncrona está dado por la curva de ángulo de potencia,

P = (EfVtSinδ) / Xs

A partir de la curva de ángulo de potencia anterior, la capacidad máxima de transferencia de potencia de la máquina aumenta debido al valor reducido de la reactancia síncrona Xs. Dado que el límite de estabilidad es el máximo flujo de potencia posible cuando la máquina síncrona funciona con estabilidad, el límite de estabilidad aumenta al tener una longitud de entrehierro más larga.

  • Valor más pequeño de la regulación de voltaje

La regulación de voltaje de la máquina síncrona mejora con el valor reducido de la reactancia síncrona Xs. Esto se puede entender fácilmente con las siguientes expresiones:

Ef = Vt + Ia(ra + Xs)

donde Ef, Vt, ra e Ia son la fem de excitación, el voltaje terminal, la resistencia de armadura y la corriente de armadura respectivamente.

Regulación de Voltaje = (Ef – Vt) / Vt

Por lo tanto, una mayor longitud del espacio de aire mejora la regulación de voltaje de la máquina síncrona.

  • Mayor valor de potencia de sincronización

La potencia de sincronización es inversamente proporcional a la reactancia síncrona Xs. Por lo tanto, con el aumento de la longitud del entrehierro, la reactancia síncrona disminuye y, por lo tanto, aumenta la potencia de sincronización.

Además de las razones mencionadas anteriormente, una mayor longitud del entrehierro también facilita una mejor refrigeración y reducción del ruido.

A partir de las ventajas antes mencionadas de una longitud de entrehierro más larga, parece que podemos tener cualquier longitud de entrehierro en una máquina síncrona. Pero no es cierto. Se requiere un campo mmf más grande para configurar el flujo de trabajo en la máquina. Esto requería más cobre y, por lo tanto, más tamaño, así como aumentos de costos. Además, el valor reducido de la reactancia síncrona aumenta el nivel de corriente de falla. Por lo tanto, se debe elegir un valor óptimo para el funcionamiento eficiente de la máquina.

¿Por qué la longitud del espacio de aire se mantiene mínima para la máquina de inducción?

Bueno, hasta ahora hemos discutido el requisito de una mayor longitud de entrehierro en la máquina síncrona. Sin embargo, el concepto no es aplicable a la máquina de inducción. En la máquina de inducción (IM) se hace un esfuerzo por minimizar la longitud del entrehierro.

Un motor de inducción funciona según el principio de la inducción electromagnética. La FEM inducida en el devanado del rotor o en las barras del rotor se debe a la inducción mutua provocada por el campo magnético giratorio producido por el devanado del estator. Por lo tanto, un IM puede tratarse como un transformador rotativo ya que la FEM inducida en el rotor lo es por inducción mutua.

Un entrehierro más largo significa mayor renuencia y flujo de fuga. Por lo tanto, el valor del flujo del entrehierro se reduce. Esto, a su vez, reduce la FEM inducida en las barras del rotor, la corriente del rotor y el par. Aparte de esto, una mayor longitud del entrehierro también provocará un factor de potencia deficiente y, por lo tanto, las pérdidas asociadas también aumentarán. De hecho, el factor de potencia es inversamente proporcional a la longitud del espacio de aire para la máquina de inducción.

Debe entenderse claramente que IM es una máquina autoexcitada y la potencia de excitación se extrae únicamente de la red de suministro. Pero en Synchronous Machine, se proporciona excitación de campo por separado. Por lo tanto, aumentar la longitud del entrehierro no afecta el factor de potencia, sino que el grado de excitación afecta el factor de potencia de la máquina síncrona.

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