9.9: Funcionamiento normal

La máquina síncrona se utiliza, esencialmente indistintamente, como motor y como generador. Tenga en cuenta que, como motor, este tipo de máquina produce torque solo cuando está funcionando a velocidad sincrónica. Esto no es, por supuesto, un problema para un turbogenerador que es iniciado por su motor principal (por ejemplo, una turbina de vapor). Muchos motores síncronos se inician como máquinas de inducción en sus jaulas amortiguadoras (a veces llamadas jaulas de arranque). Y, por supuesto, con las unidades electrónicas de potencia, la máquina a menudo puede considerarse “en sincronismo” incluso a velocidad cero.

Ya sea como motor o como generador, la máquina síncrona puede producir o consumir energía reactiva. En funcionamiento normal, la potencia real viene dictada por la carga (si es un motor) o el motor primario (si es un generador), y la potencia reactiva viene determinada por la potencia real y por la corriente de campo.

La Figura 6 muestra una manera de representar la capacidad de una máquina síncrona. Esta imagen representa la operación como generador, por lo que los signos de\(\ p\) y\(\ q\) se invierten, pero todos los demás elementos de operación son como normalmente esperaríamos. Si trazamos\(\ p\) y\(\ q\) (calculados de la manera normal) uno contra el otro, vemos la construcción a la derecha. Si empezamos en una ubicación\(\ q=-v^{2} / x_{d}\), (y recordamos que normalmente\(\ v=1\) por unidad, entonces el locus de\(\ p\) y\(\ q\) es lo que se obtendría balanceando un vector de longitud\(\ v e_{a f} / x_{d}\) sobre un ángulo\(\ \delta\). Esto se llama gráfico de capacidad porque es una manera fácil de visualizar lo que puede hacer la máquina síncrona (en este caso generador). Hay tres límites de capacidad fácilmente señalados. El límite superior es un círculo (el trazado por ese vector) que se conoce como capacidad de campo. El segundo límite es un círculo que describe constante\(\ |p+j q|\). Esto está, por supuesto, relacionado con la magnitud de la corriente de la armadura y así este límite se denomina capacidad de armadura. El límite final está relacionado con la estabilidad de la máquina, ya que el ángulo de torsión no puede superar los 90 grados. En la actualidad hay muchas veces otros límites que se pueden representar en este tipo de gráfico. Por ejemplo, los generadores síncronos grandes suelen tener un problema con el calentamiento del

Figura 6: Diagrama de capacidad del generador síncr

hierro estator cuando intentan operar en condiciones altamente subexcitadas (q fuertemente negativas), de manera que uno a menudo verá otro límite que impide el funcionamiento de la máquina cerca de su límite de estabilidad. En máquinas muy grandes con más de un estado de enfriamiento (por ejemplo, diferentes valores de presión de hidrógeno de enfriamiento) puede haber múltiples curvas para algunos o todos los límites.

Otra forma de describir las limitaciones de una máquina sincrónica se materializa en la Curva Vee. Un ejemplo se muestra en la Figura 7. Esta es una gráfica cruzada de magnitud de corriente de armadura con corriente de campo. Tenga en cuenta que los límites de corriente de campo y armadura son directos (y son los límites de la derecha y superior, respectivamente, del gráfico). El límite de estabilidad de la máquina es lo que termina cada una de las curvas en el borde superior izquierdo. Tenga en cuenta que cada curva tiene un factor de potencia mínimo a la unidad. De hecho, hay otra gráfica cruzada posible, llamada curva de composición, en la que la corriente de campo se traza contra la potencia real para el factor de potencia fijo.