Generador síncrono

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Parámetros

Apagado

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Valores nominales del alternador y la corriente de campo que los mantiene

Editable

Potencia activa nominal 80 kW, corriente nominal 144,3 A y velocidad síncrona de 1500 rpm a la frecuencia nominal.

Modelo educativo · No apto para dimensionamiento industrial

Valores motores vivos

Velocidad del rotor0rpm
Frecuencia0Hz
FEM de excitación E_f (por fase)0V
Tensión en bornes (de línea)0V
Regulación de tensión—
Corriente de armadura0A
Ángulo de carga δ (E_f adelanta a V)—
Potencia activa entregada0kW
Potencia reactiva (negativa = absorbida)0kvar
Factor de potencia—
Potencia en el eje0W
Pérdidas totales0W
Pérdidas en el cobre del campo0W
Rendimiento—
Par del motor primario0Nm

Gráficas

Diagrama fasorial (por fase): E_f = V + jXs·I

  • V
  • E_f
  • I
  • jXs·I
Diagrama fasorial (por fase): E_f = V + jXs·IV 233E_f 337I 87 AjXs·Iδ = 19,1° · φ = 37° induc.Convenio de generador: E_f adelanta a V en δ e I es la corriente que sale de la máquina.

Diagrama de capacidad (P–Q)

Tensión en bornes según la carga

Una turbina hace girar el rotor de polos salientes y el campo de continua fija la FEM E_f = V + jXs·I. Úselo en isla para ver cómo el tamaño y el factor de potencia de la carga mueven la tensión, o póngalo en paralelo con la red: la turbina fija P, el campo fija Q y el ángulo de carga indica lo cerca que está del deslizamiento de polos.

¿Qué es un generador síncrono (alternador)?

Principio de funcionamiento

Un generador síncrono convierte la potencia del eje en corriente alterna trifásica. Una corriente continua de campo magnetiza el rotor y los polos en giro inducen una FEM E_f en los devanados del estátor. El rotor debe girar exactamente a la velocidad síncrona n = 120·f/p, de modo que una máquina de 4 polos a 1500 rpm da 50 Hz. Por fase, E_f = V + jXs·I: la tensión en bornes es la FEM de excitación menos la caída en la reactancia síncrona, y E_f adelanta a V en el ángulo de carga δ. Casi toda la electricidad del mundo se produce así, con turbinas que mueven alternadores.

Funcionamiento aislado y regulación de tensión

Cuando el alternador alimenta su propia carga, la velocidad fija la frecuencia y la corriente de campo fija la tensión, mientras que la carga decide la corriente. Una carga inductiva, como un motor, hace desmagnetizante la reacción de inducido: la tensión cae y hay que subir el campo. Una carga de factor de potencia 1 la baja menos, y una carga capacitiva magnetiza la máquina y puede subir la tensión por encima de su valor en vacío. La regulación de tensión es (E_f − V)/V: positiva con cargas inductivas y negativa con capacitivas.

Funcionamiento en paralelo y sincronización

Antes de conectar un alternador a la red deben cumplirse cuatro condiciones: igual tensión, igual frecuencia, la misma secuencia de fases y ángulo de fase nulo, que muestra el sincronoscopio. Cerrar el interruptor fuera de fase provoca un gran pico de corriente y un fuerte golpe de par. Ya en la red, la tensión y la frecuencia pertenecen al embarrado: el par de la turbina fija la potencia activa y la corriente de campo fija la reactiva. Sobreexcitada, la máquina entrega reactiva; subexcitada, la absorbe.

Ángulo de carga, estabilidad y capacidad

La potencia activa es P = 3·V·E_f·sen δ / Xs, por lo que δ crece con la potencia de la turbina. A δ = 90° la potencia alcanza su máximo, de unos 3·V·E_f/Xs; más allá el rotor desliza polos y se pierde el sincronismo. Un campo más fuerte eleva el límite. El diagrama de capacidad (P–Q) reúne todos los límites: calentamiento del estátor (círculo de corriente de inducido), del rotor (círculo de corriente de campo), potencia de la máquina motriz y límite de estabilidad.

Preguntas frecuentes

¿Por qué cae la tensión en bornes al añadir una carga inductiva?
Una corriente en retraso produce un flujo de reacción de inducido que se opone al flujo del campo, y además provoca caída de tensión en la reactancia síncrona. Ambos efectos actúan casi en línea con E_f, así que V cae más que con una carga de factor de potencia 1. Para mantener la tensión se sube la corriente de campo. Una carga capacitiva hace lo contrario y puede subir la tensión.
¿Cómo se controlan la potencia activa y la reactiva de un alternador en la red?
La red mantiene la tensión y la frecuencia, así que no se pueden elegir. Abrir la válvula de la turbina aumenta el par en el eje y con él la potencia activa y el ángulo de carga. La corriente de campo cambia la potencia reactiva: súbala para entregar más y bájela para absorber. Pruebe ambas en el simulador y siga P y Q en el diagrama de capacidad.
¿Qué pasa si la potencia de la turbina es demasiado alta?
El ángulo de carga crece hasta alcanzar 90°, el límite de estabilidad estática. Más allá, la potencia eléctrica ya no equilibra la de la turbina, el rotor se acelera y desliza polos respecto al campo de la red, y hay que disparar la máquina. Una mayor corriente de campo eleva el límite, por lo que una máquina poco excitada es la primera en perder el sincronismo.