Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

192 CAPÍTULO 4 Generadores síncronos
de la máquina. Para cierto tamaño de estructura mecánica y velocidad, mientras más alto sea el
voltaje deseado más alto tendrá que ser el flujo que se requiere de la máquina. Sin embargo, el flujo
no se puede incrementar indefinidamente, ya que siempre hay un máximo permitido de corriente de
campo.
Otra consideración para establecer el voltaje máximo permitido es el punto de ruptura del aislamiento
de los devanados; los voltajes de operación normales no deben acercarse demasiado a este
valor.
¿Se puede operar un generador con un valor nominal de una frecuencia a una frecuencia diferente?
Por ejemplo, ¿se puede operar un generador de 60 Hz a 50 Hz? La respuesta es un sí moderado,
siempre y cuando se cumplan ciertas condiciones. Básicamente, el problema es que hay un flujo
máximo al que puede llegar cualquier máquina, y debido a que E A 5 Kfv, el E A máximo permitido
cambia cuando cambia la velocidad. Específicamente, si un generador de 60 Hz se va a operar a 50
Hz, entonces el voltaje de operación se debe degradar a 50/60, o a 83.3% de su valor original. Si un
generador de 50 Hz se opera a 60 Hz sucede lo contrario.
Valores nominales de la potencia aparente
y del factor de potencia
Hay dos factores que determinan los límites de la potencia de las máquinas eléctricas. Uno es el
par mecánico en el eje de la máquina y el otro es el calentamiento de los devanados. En todos los
motores y generadores síncronos prácticos el eje es lo suficientemente fuerte desde el punto de
vista mecánico como para soportar una potencia en estado estacionario mucho más alta que el valor
nominal de la potencia de la máquina, por lo que los límites del estado estacionario los establece el
calentamiento de los devanados.
Hay dos devanados en un generador síncrono y se debe proteger a cada uno del sobrecalentamiento.
Estos dos devanados son el devanado del inducido y el devanado de campo. La corriente
máxima aceptable en el inducido establece el valor nominal de la potencia aparente del generador,
debido a que la potencia aparente S está dada por
S 3V I A (4-35)
Si se conoce el valor nominal del voltaje, entonces la corriente máxima aceptable en el inducido
determina el valor nominal de kilovoltamperes del generador:
S nom 3V ,nom I A,máx (4-36)
o S nom 3V L,nom I L,máx
(4-37)
Es importante darse cuenta de que para el calentamiento de los devanados del inducido el factor de
potencia de la corriente en el inducido es irrelevante. El efecto del calentamiento de las pérdidas en
el cobre del estator está dado por
P PCE 3I 2
AR A
(4-38)
y es independiente del ángulo de la corriente con respecto a V f . Ya que el ángulo de la corriente es
irrelevante para el calentamiento en el inducido, estas máquinas tienen un valor nominal en kilovoltamperes
en lugar de en kilowatts.
El otro devanado de importancia es el devanado de campo. Las pérdidas en el cobre de campo
están dadas por
P PCR I 2
F R F (4-39)
por lo que el calentamiento máximo permitido establece una corriente de campo máxima para la
máquina. Debido a que E A 5 Kfv, esto establece el tamaño máximo aceptable de E A .
El efecto de tener un E A máximo y un I F máximo se traduce directamente en una restricción
sobre el factor de potencia mínimo aceptable del generador cuando opera a kilovoltamperes nomi-