CONTROL DE POTENCIA REACTIVA.

 

Qué sucede si a potencia constante hago variaciones en la corriente de campo de una máquina sincrónica?

 

Una caractrística importante de la máquina sincrónica es que el factor de potencia de la máquina puede ser controlado por la corriente de campo (If), es decir, con If puedo hacer que la corriente de línea se adelante o se atrase al voltaje en terminales.

 

Para el desarrollo de este tema, pensemos en una máquina conectada a un bus infinito y a potencia real constante. Si P = cte., de las ecuaciones de potencia tenemos:

 

- GENERADOR:

 

 

 

P = VT(Cosf )Ia = k ® IaCosf = cte.= Ip

 

P = EafSend = k ® EafSend = cte.

 

Q = VTIaSenf ® IaSenf = Iq

 

Q = [EafCosf - VT]

 

Eaf = jXsIa + VT = jXs(Ip - jIq) + VT

 

llevándolo a un diagrama fasorial:

 

 

 

De acuerdo con la siguiente gráfica, un aumento de If con P = cte., disminuye d y aumenta la magnitud de Eaf. Lo contrario ocurre para un decremento de If con P = cte.

 

 

 

If3 < If1 < If2

 

Veamoslo ahora en diagramas fasoriales:

 

1. f > 0, factor de potencia no atrasado (adelantado), la máquina consume potencia

reactiva.

 

 

2. Aumentamos un poco If, de manera que se tenga un generador normalmente excitado

f = 0, tenemos fp = 1. La máquina no genera potencia reactiva.

 

 

 

3. Se incrementa If, de manera que existe sobreexcitación. f < 0, tenemos fp atrasado.

La máquina genera rectivos.

 

 

 

® De forma general:

 

 

 

De lo anterior podemos generar las llamadas curvas "V" que relacionan Ia (corriente de línea) vs. If (corriente de campo).

 

 

P1 > P2 > P3

 

Para la curva P3 = 0 W tenemos que el generador se comporta como un capacitor. Esta forma de operación del generador sincrónico recibe el nombre de capacitor sincrónico.

 

De las ecuaciones de potencia tenemos:

 

- MOTOR:

 

 

 

P = VTIaCosf = EafSend

 

IaCosf = Ip = cte. EafSend = cte.

 

 

Tomando como experiencia el análisis hecho para el generador, hacemos el análisis para el motor.

 

 

 

De aquí podemos generar una familia de curvas "V".

 

 

 

De nuevo; cuando operamos un motor sincrónico a Pin = 0 W, lo que tenemos es un capacitor sincrónico que nos puede producir reactivos.

PERDIDAS Y EFICIENCIA

 

De forma muy general, podemos decir que la maquinaria eléctrica tiene en promedio una alta eficiencia, comparado con otras formas de conversión de energía.

 

La forma de calcular la eficiencia de un sistema es:

 

h = =® h % = (1 - ) 100%

 

La eficiencia de la maquinaria eléctrica aumenta al aumentar su capacidad de potencia. Siendo el 74% para un motor de unas fracciones de hp (hp = 746 W) y llegando al 98% para máquinas de decenas de MVA.

 

- PERDIDAS: Tenemos pérdidas diferentes dentro de una misma máquina.

 

    1. Pérdidas del cobre de los devanados (I2R).
    2. Pérdidas de núcleo.
    3. Pérdidas mecánicas (fricción y ventilación).
    4. Pérdidas adicionales o extrañas.

 

  1. Pérdidas del cobre (I2R) son debidas al calentamiendo de los conductores por su efecto resistivo ante el flujo de una corriente. En estas pérdidas cae una de las llamadas pérdidas extrañas. Estas se llaman así, porque por algún tiempo su origen fue un misterio. Este tipo de pérdida extraña se debe a que los electrones a través de un conductor con corriente alterna viajan a trayectorias cercanas a la superficie del conductor, lo que se conoce como efecto "piel". De esta forma el área efectiva del conductor se reduce, aumentando así su resistencia y sus pérdidas.

 

 

A = p R2 A= p ( R2 - r2 ) < A

RCD = W RCA = W > RCD

® PERDIDAS EXTRAÑAS = I2RCA - I2RCD

 

  1. Pérdidas en el núcleo: formadas principalmente por la histéresis del material y por las corrientes de Eddy. Aquí aparecen otro tipo de pérdidas extrañas. Estas son debidas al flujo de dispersión de los conductores de la armadura, los cuales producen "puntos calientes" en el material del núcleo que los rodea.

 

  1. Fricción y ventilación: pérdidas por fricción en los rodamientos, baleros, y chumaceras.

 

  1. Pérdidas extrañas: se han descrito los dos tipos de pérdidas extrañas en los incisos 1 y 2.