Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

156 CAPÍTULO 4 Generadores síncronos
factor importante cuando se utiliza un circuito equivalente por fase: las tres fases tienen los mismos
voltajes y corrientes sólo cuando las cargas conectadas a ellas están balanceadas. Si las cargas del
generador no están balanceadas, se requieren técnicas de análisis más complicadas, las cuales están
fuera del alcance de este libro.
I F
I A
V
R F
jX S
R A
+
+
V F –
L F
E A
–
FIGURA 4-12 Circuito equivalente por fase de un generador síncrono.
La resistencia del circuito de campo interno y la resistencia variable externa
se combinan en un solo resistor R F .
I A
FIGURA 4-13 Diagrama fasorial de un generador
síncrono con un factor de potencia unitario.
I A
a)
4.5 DIAGRAMA FASORIAL DE UN GENERADOR SÍNCRONO
Debido a que los voltajes en un generador síncrono son voltajes de ca, por lo general se expresan
como fasores. Y puesto que los fasores tienen tanto magnitud como ángulo, la relación entre ellos
se debe expresar en una gráfica bidimensional. Cuando se hace una gráfica de los voltajes dentro de
una fase (E A , V f , jX S I A y R A I A ) y la corriente I A en la fase de tal forma que se muestren las relaciones
entre ellos, la gráfica resultante se llama diagrama fasorial.
V
I A R A
V
E A
jX S I A
I A R A
E A
jX S I A
Por ejemplo, la figura 4-13 muestra estas relaciones cuando
el generador alimenta una carga con un factor de potencia unitario
(una carga puramente resistiva). De la ecuación (4-11) se obtiene
que el voltaje total E A difiere del voltaje en las terminales de la
fase V f , por las caídas de voltaje resistivo e inductivo. Todas las
corrientes y voltajes están referenciados a V f , y se supone arbitrariamente
que tienen un ángulo de 0°.
Este diagrama fasorial se puede comparar con los diagramas
fasoriales de los generadores que operan con factores de potencia
en retraso o en adelanto. En la figura 4-14 se pueden observar estos
diagramas fasoriales. Nótese que para cierto voltaje de fase y cierta
corriente del inducido se necesita un voltaje interno generado
E A más grande para las cargas en atraso que para las cargas en adelanto.
Por lo tanto, se requiere una corriente de campo más grande
para obtener el mismo voltaje en las terminales en las cargas en
retraso debido a que
E A 5 Kfv (4-1)
I A
b)
FIGURA 4-14 Diagrama fasorial de un generador síncrono con
un factor de potencia a) en retraso y b) en adelanto.
E A
V
jX S I A
I A R A
y v debe ser constante para mantener una frecuencia constante.
Alternativamente, para cierta corriente de campo y cierta
magnitud de corriente de carga, el voltaje en las terminales es menor
en el caso de cargas en retraso y mayor en el de cargas en
adelanto.
En las máquinas síncronas reales, por lo regular la reactancia
síncrona es mucho más grande que la resistencia del devanado R A ,
por lo que a menudo se desprecia R A en el estudio cualitativo de las
variaciones de voltaje. Obviamente, para obtener resultados numéricos
exactos se debe considerar R A .