Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

5.2 Operación de motor síncrono en estado estacionario 209
Estas ecuaciones indican que mientras más grande sea la corriente de campo (y en consecuencia,
E A ) más grande será el par máximo del motor. Por lo tanto, hay una ventaja en la estabilidad cuando
se opera el motor con una gran corriente de campo o un gran E A .
Efecto de los cambios de carga en los motores síncronos
Si se fija una carga al eje de un motor síncrono, éste desarrollará suficiente par como para mantener
el motor y su carga a velocidad síncrona. ¿Qué pasa si la carga en un motor síncrono cambia?
Para encontrar la respuesta a esta pregunta, examínese un motor síncrono que opera inicialmente
con un factor de potencia en adelanto, tal como se muestra en la figura 5-6. Si se incrementa
la carga en el eje del motor, el rotor comenzará a perder velocidad. Conforme pierde velocidad, el
ángulo del par d se hace más grande y se incrementa el par inducido. Este incremento en el par inducido
a la larga acelera de nuevo el rotor y el motor vuelve a girar a velocidad síncrona, pero con
un ángulo de par d más grande.
I A1
I A2 IA3
I A4
V
E A1
P 2
P 3
P 1
P 4
I A
E A2
V
E A3
E A4
a)
E A
b)
FIGURA 5-6 a) Diagrama fasorial de un motor que opera con un factor de potencia en adelanto. b) Efecto de incrementar la carga en la
operación de un motor síncrono.
¿Cuál es la forma del diagrama fasorial durante este proceso? Para encontrar la respuesta a esta
pregunta, examínense las restricciones sobre la máquina durante un cambio en la carga. La figura
5-6a) muestra el diagrama fasorial del motor antes de que se incrementen las cargas. El voltaje interno
generado E A es igual a Kfv y, por lo tanto, sólo depende de la corriente de campo en la máquina
y de la velocidad de ésta. La velocidad está restringida a ser constante en función de la fuente de
potencia de entrada y, debido a que no se ha tocado el circuito de campo, también es constante la
corriente de campo. Por lo tanto, |E A | debe ser constante aun cuando la carga varíe. Se incrementarán
las distancias proporcionales a la potencia (E A sen d e I A cos u), pero la magnitud de E A debe
ser constante. A medida que varía la carga, E A se mueve hacia abajo como se muestra en la figura
5-6b). Conforme E A se mueve hacia abajo cada vez más, se debe incrementar la cantidad jX S I A para
llegar de la punta de E A hasta V f y, por lo tanto, también se incrementa la corriente en el inducido
I A . Nótese que el ángulo u del factor de potencia también cambia, esto es, cada vez está menos en
adelanto y más en retraso.
EJEMPLO 5-1
Una máquina síncrona de 208 V, 45 hp, un factor de potencia de 0.8 en adelanto, conectada en D a 60 Hz,
tiene una reactancia síncrona de 2.5 V y una resistencia despreciable en el inducido. Sus pérdidas por fricción
y por rozamiento con el aire son de 1.5 kW y sus pérdidas en el núcleo son de 1.0 kW. Al principio,
el eje suministra una carga de 15 hp y el factor de potencia del motor es de 0.80 en adelanto.
a) Dibuje el diagrama fasorial del motor y encuentre los valores de I A , I L y E A .
b) Suponga que la carga en el eje se incrementa hasta 30 hp. Dibuje la reacción del diagrama fasorial en
respuesta a este cambio.