Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

5.1 Principios básicos de la operación de los motores 207
Motores síncronos desde la perspectiva
del campo magnético
E A
Para comenzar a entender la operación de un motor síncrono, es preciso dar otra mirada
a un generador síncrono conectado a un bus infinito. El generador tiene un motor
primario que hace girar el eje y causa que éste rote. La dirección del par aplicado t ap
del motor primario sigue la dirección del movimiento porque el motor primario hace
que el generador gire.
En la figura 5-3a) se muestra el diagrama fasorial de un generador que opera
con una corriente de campo grande y en la figura 5-3b) se puede ver el diagrama del
campo magnético correspondiente. Como ya se explicó, B R corresponde a (produce)
E A , B net corresponde a (produce) V f y B S corresponde a (produce) E estat (5 − jX S I A ).
La rotación tanto del diagrama de campo magnético como del diagrama fasorial es
en sentido contrario al de las manecillas del reloj en la figura, de acuerdo con la convención
matemática estándar de incremento de ángulo.
El par inducido en el generador se puede calcular a partir del diagrama de campo
magnético. De las ecuaciones (3-60) y (3-61) el par inducido está dado por
sinc
I A
a)
V
jX S I A
B R
B net
ind kB R B net (3-60)
o kB R B net sen
(3-61)
ind
Nótese que a partir de ese campo magnético el par inducido en esta máquina es en
el sentido de las manecillas del reloj, en sentido opuesto a la rotación. En otras palabras,
el par inducido en el generador es un par contrario, en sentido contrario a la
rotación provocada por el par externo aplicado t ap .
Supóngase que en lugar de que el eje gire en el sentido del movimiento, el
motor principal súbitamente perdiera potencia y comenzara a frenar el eje de
la máquina. ¿Qué pasaría con la máquina? El rotor pierde velocidad debido al
obstáculo en su eje y se retrasa con respecto al campo magnético de la máquina
(véase la figura 5-4a). A medida que el rotor, y por lo tanto B R , pierde velocidad
y queda detrás de B net , la operación de la máquina cambia de manera súbita.
Por la ecuación (3-60), cuando B R está detrás de B net , se invierte la dirección
del par inducido y va en sentido contrario al de las manecillas del reloj. En otras
palabras, el par de la máquina tiene la dirección del movimiento y la máquina
funciona como un motor. El ángulo del par d en incremento tiene como resultado
un par cada vez más grande en dirección de la rotación, hasta que a la larga el
par inducido del motor es igual al par de la carga en su eje. En ese momento, la
máquina opera en estado estacionario y a velocidad síncrona una vez más, pero
ahora como motor.
El diagrama fasorial correspondiente a la operación como generador se muestra
en la figura 5-3a), mientras que el que corresponde a la operación como motor
se puede ver en la figura 5-4a). La razón de que la cantidad jX S I A apunte
de V f a E A en el generador y de E A a V f en el motor, es que se invirtió la dirección
de referencia de I A en la definición del circuito equivalente del motor. La
diferencia básica entre la operación como motor y como generador de las máquinas
síncronas se puede observar tanto en el diagrama de campo magnético
como en el diagrama fasorial. En un generador, E A está delante de V f y B R
está delante de B net . En un motor, E A está detrás de V f y B R está detrás de B net .
En un motor el par inducido tiene la dirección del movimiento y en un generador
el par inducido es un par contrario, en sentido contrario a la dirección del movimiento.
B S
B S
FIGURA 5-3 a) Diagrama fasorial de un
generador síncrono que opera con un factor
de potencia en retraso. b) El diagrama de
campo magnético correspondiente.
sinc
I A
b)
a)
jX S I A
E A
FIGURA 5-4 a) Diagrama fasorial de un motor
síncrono. b) Diagrama del campo magnético
correspondiente.
b)
V
B net
B R