GENERADOR SINCRÓNICO MONOFÁSICO - Rosalina Alvarado Tirado

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GENERADOR SINCRÓNICO MONOFÁSICO
10-1. Reacción de inducido de un generador monofásico
Un generador monofásico tiene un solo devanado de estator que es recorrido por corriente alterna monofásica y, por consiguiente, en él se produce una onda pulsatoria de f.m.m. de reacción del inducido. La onda, de acuerdo con la regla general (§ 4-2), se puede resolver en dos componentes de amplitud mitad que giran en sentidos contrarios. La onda f.e.m. directa gira sincrónicamente con el rotor y su acción mutua con la f.m.m. del devanado de excitación es exactamente la misma que en el generador sincrónico polifásico, mientras la onda opuesta 'gira en sentido contrario al del rotor y con velocidad doble con respecto al rotor. Los devanados del rotor, en lo que concierne a la f.m.m. sincrónica opuesta, representan los secundarios del transformador y en ellos se crean pues corrientes de doble frecuencia al barrer el campo que induce las corrientes.
Si el rotor tiene un devanado amortiguador completo, es decir, en ambos ejes directos principal y de cuadratura, el campo inverso o contrasincrónico quedará suprimido de la misma manera que el campo de inducción mutua es amortiguado en un transformador en cortocircuito. Pero si el rotor no tiene devanado amortiguador en el eje transversal y tiene un devanado de excitación en el eje directo y además un devanado amortiguador en el mismo eje, el flujo en el eje directo será amortiguado y sólo subsistirá el flujo de eje de cuadratura 4>2<f. Si todos los devanados del rotor están abiertos, tampoco será suprimido completamente el campo contrasincrónico en un rotor de polos no salientes de entrehierro uniforme e inducirá en el devanado del estator una f.e.m. de frecuencia fundamental.
Con devanados abiertos en un rotor de polos no salientes, y con diferentes permeancias en los ejes directo y de cuadratura proporcionales a las reactancias, la permeancia del campo contrasincrónico variará según la ley
REACCIÓN DE INDUCIDO
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A» = k (x<¡ 4- xff) — 2 k (x4 — x„) eos 2o>r,	(10-1)
si en t = 0 el eje del devanado del estator monofásico coincide con el eje de cuadratura de la máquina.
Por la ecuación (10-1) se ve que la permeancia del campo contrasincrónico se compone de dos partes, la primera de las cuales,
Fig. 10-1. — Variación de la permeancia del flujo
de estator en generador sincrónico monofásico.
k (x4-¡- x,), es constante y representa el valor de la permeancia 2 1 media, y la segunda, — 9 k (x4 — x„) eos 2<ot, varía de acuerdo con
la ley de frecuencia doble y su amplitud es igual a la mitad de la diferencia de las permeancias de los ejes directo y de cuadratura (figura 10-1).
La variación de flujo producida por la f.m.m. contrasincrónica en el circuito del devanado del estator sigue la ley
<1>2 = 2 A2F« sen tof = Fak (x4 xa) sen u>t —
— Fak (x4 — xv) sen <of eos 2<uf = sen u>t — <t>2„ X
4 1
X sen cuf eos 2u»r = <1»¿M sen <ot —	<t>'2m (sen 3<ot — sen <at) =
= (	4- 2 sen ü)í — 2 Sen 3wí = SCn M ~
— 2 Q’2m sen 3wf,	(10-2)
donde
* FJc(x4 + xQy,	(10-3)
y
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4 Fak(xd — xq).	(10-4)
La ecuación (10-2) indica que en una máquina de polos salientes el campo contrasincrónico induce en el devanado del estator ff.ee.mm. de las frecuencias fundamentales y triple. En una máquina con polos no salientes y devanados de rotor abiertos, xd = xq y el flujo y, por consiguiente, el tercer armónico de la f.e.m. desaparece.
Con un devanado de excitación cerrado y en ausencia de devanado amortiguador en el rotor,
F,k (x¿ 4- x,);	(10-5)
’ FJt(x¿ —x.).	(10-6)
Con devanado de excitación cerrado y devanado amortiguador presente en el rotor,
= -i- F.k (x' + *0;	(10-7)
♦i» = Fak (xj — xj).	(10-8)
Aquí, xd y xd representan las reactancias equivalentes de eje directo y Xq y x¡¡ representan las reactancias del eje de cuadratura teniendo en cuenta el acoplamiento de transformador del devanado del estator con los devanados de rotor en cortocircuito con respecto al campo contrasincrónico. De la ecuación (10-8) se deduce que con devanado amortiguador completo en el rotor para el cual xj «te xd el tercer armónico de f.e.m. desaparece, pero si el devanado amortiguador de cuadratura no existe, entonces xv x'd (sin devanado amortiguador de eje directo) o xq xd (existe devanado amortiguador de eje directo) y aparece el tercer armónico de f.e.m. El flujo <X»2<f creado por la f.m.m. contrasincrónica puede inducir en el devanado de excitación una tensión muy alta us de frecuencia doble que puede ser perjudicial para el aislamiento del devanado de excitación si éste se rompe o abre accidentalmente. Sumándose a la excitación de c.c. (figura 10-2) la corriente de frecuencia doble ia, aumenta el valor eficaz de la corriente resultante en el devanado de excitación hasta el valor
donde /2 es el valor eficaz de la corriente alterna i2.
REACCIÓN DE INDUCIDO
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Para suprimir los anteriores fenómenos indeseables, se dispone un devanado amortiguador en las expansiones polares en forma de circuitos de baja resistencia de cortocircuito abarcando los polos, como espiras de cobre cortocircuitadas de sección transversal suficientemente grande (fig. 10-3 a) o en forma de varillas de cobre colocadas en ranuras especiales de las caras de las expansiones polares y conectadas en los extremos por tiras de cobre de gran sección transversal
o¡
Fig. 10-2. — Tensión y corriente indu-
cidas en el arrollamiento de excitación
de un generador sincrónico
monofásico.
Fig. 10-3. — Formas de arrollamiento de amortiguación de generador sincrónico monofásico.
(figura 10-3 b) en forma de jaula de ardilla. La acción de estos devanados amortiguadores es tan eficaz que el devanado de excitación queda prácticamente exento de las corrientes de doble frecuencia y además no aparecen sobretensiones cuando se interrumpe el circuito de excitación.
Los devanados amortiguadores representados en las figuras 10-3 a y b no afectan de modo apreciable al flujo pulsatorio de cuadratura <P2, y no eliminan el tercer armónico de f.e.m. en el devanado estator. Para eliminar esta f.e.m. es necesario conseguir la igualdad aproximada de ambas reactancias equivalentes de eje directo y de eje de cuadratura; para ello las varillas de jaula de ardilla colocadas en las expansiones polares deben ser conectadas por anillos comunes de cortocircuito (fig. 10-3 c) formando, conjuntamente con las varillas, una caja o jaula completa. En este caso el campo pulsatorio directo $2<i es amortiguado por las espiras formadas en la superficie de la expansión polar, mientras el campo pulsatorio en cuadratura es amortiguado por las espiras formadas entre polos adyacentes.
En máquinas de polos no salientes del tipo de turbogenerador el
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rotor suele ser un cuerpo macizo y las corrientes parásitas creadas en él ejercen una acción amortiguadora sobre los campos pulsatorios directo y de cuadratura