Motor sincrono

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Resumen:
En este proyecto se estudian las características y parámetros de un generador síncrono operando en paralelo con un bus infinito para determinar su comportamiento en función de la corriente de campo y la corriente de armadura. Se pretende confeccionar un programa en Matlab para optimizar los cálculos matemáticos y observar gráficamente el comportamiento del generador síncronosujeto a variaciones en la corriente de campo. Se analiza un regulador de voltaje para un generador síncrono de la misma manera.

Palabras claves: Generador síncrono, corriente de armadura, corriente de campo, fuerza electromotriz, voltaje de línea, factor de potencia, regulador de voltaje
I. INTRODUCCIÓN
Un generador síncrono es una maquina eléctrica capaz de convertir energía mecánica enenergía eléctrica. El funcionamiento principal del generador síncrono consiste en inyectar una corriente de excitación de corriente directa CD al rotor, donde se creara un campo eléctrico en los devanados del rotor. Este campo estará en movimiento de manera rotativa (mostrado en la figura 1) y será el responsable de crear una corriente en los devanados del estator que se conoce como corriente dearmadura, para obtener un voltaje de línea en las terminales del generador.
Existen tres tipos de operación de los generadores, donde pueden estar operando de manera aislada o independiente, en paralelo con un bus infinito y en paralelo con generadores de potencias similares.

Figura 1 Nos muestra el campo giratorio de un generador.
II. Generador síncrono
A. Definición
Por definición ungenerador síncrono o también llamado alternador es una maquina utilizada para convertir energía mecánica en energía eléctrica C.A. (corriente alterna).

Las expresiones características de un generador síncrono dada en kVA las podemos definir en términos de potencia activa y la potencia reactiva de la maquina eléctrica.


Donde:
Vll es el voltaje de línea a línea.
Ia es la corriente dearmadura.
σ es el factor de potencia.

Obtenemos de igual manera la expresión para la potencia reactiva del generador dada en kVAr, sabiendo que un generador puede entregar o recibir potencia reactiva según sean los requerimientos del sistema en el que esté operando.


Donde:
Vll es el voltaje de línea a línea.
Ia es la corriente de armadura.
σ es el factor de potencia.

De lasexpresiones encontradas en (1) y (2) obtenemos la potencia total o aparente de la carga que está dada por:



Conociendo que el generador síncrono puede entregar o recibir potencia reactiva, podemos observar que, una maquina sincrónica puede funcionar como un motor, como un generador dependiendo de las características de operación.

Para analizar los parámetros del generador síncrono utilizamossu circuito equivalente para su respectivo análisis.


B. Circuito equivalente
El circuito equivalente del generador síncrono se muestra en la figura 2. Donde se representan por R1 y X1, como las variables del rotor e Ia como la corriente de armadura para crear nuestro voltaje de línea Vll.


Figura 2
Circuito equivalente para el generador síncrono

De este circuito equivalentepodemos obtener las expresiones para encontrar la fuerza electromotriz y la corriente de campo. Todo esto en base a la curva característica del generador síncrono Voltaje en terminales en circuito abierto Vll y la corriente de campo Ia. (Figura 3)


Figura 3
Curva característica Corriente de campo Vs Voltaje de línea

Donde los parámetros del generador síncrono conservan las mismas expresionesque para un motor de inducción. Del circuito equivalente anterior podemos obtener la fuerza electromotriz, la corriente de armadura.

La fuerza electromotriz inyectada al circuito equivalente está dada por la ecuación:


Donde:
Vll es el voltaje en las terminales.
Ia es la corriente de armadura.
R1 y jX1 son la resistencia y la reactancia.
De la expresión (4), podemos despejar...