Características del Funcionamiento de Máquinas Eléctricas: Eficiencia y Regulación

Características del Funcionamiento en Vacío

La corriente de inducido es nula, siendo la tensión en bornes y la corriente de excitación nominales, y girando el rotor a la velocidad nominal de la máquina, con lo cual e=0.

La gráfica de esta característica debería ser teóricamente una recta, pero a partir de un cierto valor de la corriente de excitación, se produce la saturación del circuito magnético, con lo cual el flujo en el entrehierro deja de crecer en forma proporcional a la corriente, creciendo más rápido que esta, y, por ende, disminuyendo los valores de tensión en bornes. La tensión nominal de la máquina se proyecta en un valor ligeramente superior al comienzo de la saturación, por lo cual el circuito magnético de la máquina trabaja generalmente en el estado de saturación.

Funcionamiento en Carga o Característica Exterior

En esta característica, se mantiene constante la corriente de excitación, la frecuencia y la velocidad del rotor en sus valores nominales. Además, se mantiene constante el factor de potencia de la carga conectada al alternador. A medida que aumenta la corriente de salida, la tensión en bornes disminuye en el caso de cargas resistivas, inductivas y para ciertos valores de las cargas capacitivas. La disminución de la tensión se debe a las caídas de tensión producidas por la resistencia de las bobinas del inducido, la reactancia de dispersión, sumada al efecto de la reacción de inducido de la máquina.

Regular Tensión

Debido a las exigencias del sistema de potencia o de la carga conectada, es necesario mantener estable la frecuencia y el valor eficaz de la tensión. Si varía la velocidad de la máquina, la frecuencia variará en forma proporcional. Para volver a la velocidad nominal, es necesario actuar sobre la alimentación del motor primario, variando su velocidad. Sin embargo, la tensión no será la misma ya que se producen caídas internas dentro de la máquina proporcionales a la carga entregada.

Por ejemplo, si en un sistema de distribución de energía la carga disminuye:

• La velocidad del alternador aumenta.
• La frecuencia aumenta.
• Se actúa sobre el motor impulsor del alternador, bajando su velocidad.
• La f.e.m. generada aumenta.

Regulación Automática de la Tensión

Los reguladores automáticos deben cumplir con las siguientes características:

• Intervenir rápidamente después de una variación de carga.
• Exactitud: Llegar al valor de régimen.
• Sensibilidad: Reaccionar a perturbaciones débiles.
• Amortiguación eficaz: Evitar grandes oscilaciones.

Los reguladores de tensión automáticos pueden tener, en lugar de una variación continua de resistencia, una variación a saltos, mediante el proceso de agregar o quitar resistencias.

Regulación de Velocidad

Cuando se produce un aumento en la potencia eléctrica absorbida por los receptores, en tanto no se modifique la potencia mecánica suministrada por el motor primario del alternador, la energía adicional requerida se extrae de la energía cinética almacenada en las masas giratorias del sistema, con lo cual la velocidad de giro del grupo experimentará un descenso que se refleja en la misma proporción en la frecuencia del generador.

Motor de Control de Potencia

Regulación secundaria de la potencia suministrada por la turbina manteniendo la frecuencia constante. El regulador de velocidad efectúa un control primario, que debe ser corregido por un dispositivo especial que devolverá la frecuencia a su valor asignado.

La regulación secundaria se obtiene al modificar la posición del punto a, es decir, modificando la longitud del vástago. Sobre este vástago está dispuesto un piñón o tornillo que se puede enroscar o desenroscar por la acción de un motor auxiliar de control de potencia.

Condiciones para Realizar el Paralelo

Las condiciones necesarias son:

• Igualdad de secuencias de las tensiones trifásicas.
• Igualdad de magnitud de las tensiones compuestas.
• Igualdad de frecuencias.
• Igualdad de fase para las tres tensiones de fase en el momento de la operación.

Mediante la corriente de excitación se regula la tensión del generador que se quiere conectar en paralelo con aquel que ya se encuentra funcionando, para lo cual se observan los voltímetros hasta que u₁=u₂.

Con el frecuencímetro se ve la frecuencia de la máquina, y por ende, se regula la velocidad de giro de la máquina motriz primaria acoplada al alternador, hasta lograr f₁=f₂.

Por último, la igualdad de fases en el momento de la conexión se verifica con un sincronoscopio.