Reacci贸n de armadura en alternador o m谩quina s铆ncrona

<p>El devanado del inducido en una m谩quina el茅ctrica es el devanado que transporta la corriente de carga. En condiciones sin carga, la corriente de armadura es cero. Pero a medida que se carga la m谩quina, la corriente de carga fluye a trav茅s del devanado del inducido y crea un flujo magn茅tico. El efecto de la fmm o flujo del devanado del inducido sobre el flujo de trabajo principal creado por los polos de campo se denomina reacci贸n del inducido. Este art铆culo describe la reacci贸n del inducido en una m谩quina s铆ncrona o alternador.

Para comprender mejor la reacci贸n del inducido en una m谩quina s铆ncrona, es esencial comprender primero el suceso interno. Para este prop贸sito, la operaci贸n del alternador se considera bajo diferentes factores de potencia y cargas de operaci贸n de la siguiente manera:

  • Operaci贸n sin carga
  • Carga de factor de potencia unitario (pf)
  • Carga retrasada con factor de potencia cero
  • Carga principal de factor de potencia cero
  • Carga de factor de potencia retrasada

Investiguemos ahora el efecto de la reacci贸n de armadura para los casos mencionados anteriormente uno por uno.

Índice de contenidos

Operaci贸n sin carga:

Como se mencion贸 anteriormente, la corriente a trav茅s del devanado del inducido del alternador es cero para la operaci贸n sin carga; por lo tanto, no habr谩 ninguna reacci贸n de armadura. Cuando el devanado de campo es excitado por una fuente de CC y el alternador/generador alcanza la velocidad s铆ncrona ajustando la velocidad del motor primario, no se genera voltaje de carga ni voltaje de excitaci贸n en los terminales del inducido del alternador. El valor del voltaje del terminal del inducido de excitaci贸n o sin carga se da como

Ef = 鈭2蟺fNphKw脴f

Donde Ef, Nph, Kw y 脴f son voltaje de excitaci贸n, n煤mero de vueltas en serie por fase, factor de devanado y flujo de campo respectivamente.

Este voltaje de excitaci贸n generado a trav茅s de la terminal del inducido se retrasa con respecto al flujo de campo 脴f en 90 grados. En general, la fem generada por el flujo de campo siempre va a la zaga del flujo de campo en 90 grados en cualquier m谩quina.

Carga del factor de potencia unitario:

Para comprender el efecto de la armadura mmf en la onda de campo mmf, consideremos un alternador de rotor cil铆ndrico de dos polos como se muestra en la figura a continuaci贸n.

reacci贸n de armadura en alternador-unidad-factor-de-potencia-1

En la figura anterior, las bobinas concentradas de paso completo aa’, bb’ y cc’ en el estator representan el devanado trif谩sico a, b y c. El devanado archivado en el rotor es alimentado por una fuente de CC para configurar mmf de trabajo o archivado principal. La corriente de campo indicada por una cruz y un punto en el devanado de campo en el rotor crea un campo mmf Ff y un flujo de campo 脴f que se distribuyen sinusoidalmente a lo largo de la periferia del entrehierro. Este flujo archivado crea un polo norte (N) y sur (S) en el rotor.

Como sabemos, la fem inducida en una bobina es m谩xima cuando los lados de la bobina se encuentran en la posici贸n de flujo m谩ximo. En vista de esto, la fem m谩xima se generar谩 en la bobina aa’ ya que los lados de la bobina ay a’ se encuentran por debajo de la densidad de flujo m谩xima. Esta fem generada se muestra mediante un punto y una cruz en ay a’, respectivamente, suponiendo una rotaci贸n del rotor en sentido contrario a las agujas del reloj. Dado que los lados b’ y c’ de la bobina tambi茅n est谩n bajo la influencia del polo N, la fem inducida en esta bobina se representa con un punto. Sin embargo, su magnitud ser谩 menor que el valor m谩ximo. Esta fem generada solo por 脴f se llama voltaje de excitaci贸n.

Ahora, cuando este alternador est谩 conectado a una carga trif谩sica balanceada, una corriente trif谩sica balanceada comienza a fluir en las tres fases del alternador. Como la carga es de factor de potencia unitario, esto significa que la tensi贸n de excitaci贸n Ef y la corriente de armadura Ia estar谩n en fase. Esto tambi茅n se puede interpretar de otra manera, como que el voltaje de excitaci贸n y la corriente de armadura alcanzan su pico simult谩neamente. Dado que el voltaje de excitaci贸n es m谩ximo en la fase “a”, esto significa que la fase de corriente de armadura a tambi茅n ser谩 m谩xima. Aunque la corriente de carga tambi茅n fluye en las dos fases restantes “b” y “c” pero su magnitud es menor que el m谩ximo para este instante de tiempo. La fuerza mmf creada por la corriente de armadura se denomina fuerza mmf de reacci贸n de armadura.. Como sabemos, para las corrientes polif谩sicas equilibradas que fluyen en el devanado polif谩sico, el valor m谩ximo de la onda mmf resultante se encuentra a lo largo del eje de fase que transporta la corriente m谩xima. Por lo tanto, la reacci贸n de armadura resultante mmf Fa debido al efecto combinado de 3 fases mmfs se establece a lo largo de la fase “a” porque esta fase lleva la corriente m谩xima. Esto se muestra en la figura a continuaci贸n.

reacci贸n de armadura en alternador-unidad-factor-de-potencia

Esta onda mmf de reacci贸n del inducido produce un polo norte (N) y sur (S) en el estator, como se muestra en la figura anterior. La interacci贸n entre estos polos en el estator y el rotor provoca la producci贸n de un par electromagn茅tico. Para un alternador, el par motor principal debe contrarrestar este par electromagn茅tico para convertir la energ铆a mec谩nica en energ铆a el茅ctrica.

Ahora, si combinamos el fasor espacial del campo mmf y la onda mmf del inducido, entonces se puede ver f谩cilmente que la reacci贸n del inducido mmf va a la zaga de la mmf archivada en 90 grados. Esto se muestra en la figura a continuaci贸n.

reacci贸n de armadura en alternador-unidad-factor-de-potencia-2

El entrehierro resultante mmf ser谩 la resultante de la mmf archivada y la reacci贸n del inducido mmf. Esto significa,

Fr = Ff + Fa

Si despreciamos la saturaci贸n, entonces el flujo de campo 脴f y el flujo de armadura 脴a estar谩n a lo largo de sus respectivas ondas mmf. Esto se muestra en la figura. Por lo tanto, podemos decir que el flujo de reacci贸n del inducido va a la zaga del flujo de campo en 90 grados. Por lo tanto, La reacci贸n del inducido mmf al factor de potencia unitario es completamente de naturaleza magnetizante cruzada.

Carga de retraso del factor de potencia cero:

La carga con retraso del factor de potencia cero significa que la corriente de carga est谩 retrasada con respecto al voltaje de excitaci贸n en 90 grados. Esto se muestra en la figura a continuaci贸n.

reacci贸n de armadura en alternador-cero-factor-de-potencia-retraso-carga-1

El diagrama fasorial anterior se ha dibujado utilizando los siguientes hechos:

  • La fem de excitaci贸n tiene un retraso de 90 grados con respecto al campo mmf.
  • Como se desprecia la saturaci贸n, el flujo de campo estar谩 a lo largo del campo mmf.
  • La reacci贸n de armadura mmf est谩 a lo largo de la corriente de armadura.

Del diagrama fasorial anterior, est谩 claro que la reacci贸n de armadura mmf Fa est谩 en oposici贸n al campo mmf 脴f. Esto significa que la fmm del entrehierro resultante ser谩 igual a (Ff 鈥 Fa). Por lo tanto, bajo la condici贸n de carga del alternador con un factor de potencia cero, el efecto de la reacci贸n del inducido mmf es puramente desmagnetizante.

Esto tambi茅n se puede entender de otra manera como se describe a continuaci贸n.

Debido a la carga con atraso del factor de potencia cero, la corriente en la fase “a” del devanado del inducido ser谩 m谩xima cuando los polos del campo hayan avanzado 90 grados en la supuesta direcci贸n contraria a las manecillas del reloj. Esto se muestra en la figura a continuaci贸n.

reacci贸n de armadura en alternador-cero-factor-de-potencia-retraso-carga-2

Observe atentamente la figura anterior. Se puede ver que, en este caso, la direcci贸n de reacci贸n del inducido mmf Fa ser谩 a lo largo del eje de fase 鈥渁鈥 y la de mmf 脴f ser谩 verticalmente hacia abajo. Esta direcci贸n se puede encontrar usando regla del tornillo de la mano derecha. Por lo tanto, vemos que tanto la reacci贸n del inducido como la mmf archivada se oponen entre s铆. Por lo tanto, el efecto de la reacci贸n del inducido mmf es puramente desmagnetizante en condiciones de carga con atraso de pf cero.

Carga principal de factor de potencia cero:

La condici贸n de carga en adelanto de pf cero puede representarse mediante un diagrama fasorial de la misma manera que para la carga en atraso de pf cero. Esto se muestra a continuaci贸n.

reacci贸n de armadura en alternador-cero-factor-de-potencia-carga-principal-1

Del fasor anterior, est谩 claro que la reacci贸n de armadura mmf est谩 en la direcci贸n del campo mmf. Por lo tanto, el efecto de la reacci贸n del inducido mmf bajo cargas principales de factor de potencia cero es puramente magnetizante.

La conclusi贸n anterior tambi茅n se puede sacar analizando el fasor espacial del alternador. El adelanto de pf cero significa que la corriente en la fase “a” del devanado del inducido ser谩 cero cuando los polos de campo est茅n detr谩s del eje del devanado de la fase “a” en 90 grados, como se muestra en la figura a continuaci贸n.

reacci贸n de armadura en alternador-cero-factor-de-potencia-carga-principal-2

Por lo tanto, la direcci贸n del campo mmf y la armadura mmf ser谩n las mismas. Por lo tanto, la reacci贸n de armadura mmf es de naturaleza magnetizante.

Carga de factor de potencia rezagada:

Las cargas de factor de potencia retrasadas son m谩s comunes. Entonces, consideremos un caso general de corriente de armadura Ia retrasada respecto al voltaje de excitaci贸n Ef por un 谩ngulo 茻. Esto significa que el factor de potencia de la carga es cos胃.

Para una carga pf retrasada que tiene un 谩ngulo pf 胃, la corriente en las bobinas ay a’ ser谩 m谩xima cuando los polos de campo hayan avanzado 胃 grados en el espacio. En otras palabras, para cuando la corriente del inducido en la bobina a, a’ alcance el valor m谩ximo con la misma polaridad, es decir, un punto en el lado de la bobina “a”, los polos del rotor N, S se habr谩n movido hacia adelante en 胃 grado, como se muestra en la figura a continuaci贸n.

reacci贸n de armadura en alternador-retraso-factor-de-potencia-carga-1

La resultante de la armadura giratoria mmf Fa est谩 dirigida verticalmente hacia arriba a lo largo del eje de la fase “a”, porque esta fase lleva la corriente m谩xima en el instante considerado. Por lo tanto, la reacci贸n del inducido mmf Fa est谩 rezagada con respecto a la mmf 脴f archivada en (90+胃) grados. Dibujemos ahora el diagrama fasorial.

reacci贸n de armadura en alternador-retraso-factor-de-potencia-carga-2

La reacci贸n de armadura mmf se puede descomponer en dos componentes: uno a lo largo del voltaje de excitaci贸n Ef (FaCos胃) y otro opuesto al campo mmf Ff (FaSin胃). Por lo tanto, podemos decir que el efecto de la reacci贸n del inducido en el retraso de la carga de pf es de magnetizaci贸n cruzada y desmagnetizaci贸n por naturaleza.

Por lo tanto, para resumir, el efecto de la reacci贸n del inducido mmf en el campo principal mmf del alternador se tabula a continuaci贸n.

No Se帽or.Condici贸n de cargaEfecto de la reacci贸n de armadura
1)Sin cargaSin efecto
2)Factor de potencia unitariomagnetizaci贸n cruzada
3)Retraso del factor de potencia ceroPuramente desmagnetizante
4)Adelanto de factor de potencia ceroPuramente magnetizante
5)Carga rezagadaMagnetizaci贸n cruzada y desmagnetizaci贸n

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