Pérdidas en la máquina síncrona.

 PERDIDAS EN LAS MÁQUINAS SÍNCRONAS.

Un generador síncrono es una máquina síncrona trabajando como generador, es decir cambia la energía mecánica en eléctrica. La fuente de potencia mecánica se llama primomotor que puede ser un motor diesel, una turbina de vapor, una turbina hidráulica, o un equipo auxiliar. Cualquiera que sea la fuente, debe cumplir la propiedad básica de que su velocidad sea constante, independiente de la potencia suministrada al generador. Si esto no se cumple la frecuencia resultante del sistema de potencia podría presentar fallas.

No toda la potencia mecánica que entra al generador se convierte en potencia eléctrica a la salida de la máquina. La diferencia de potencia entre la salida y la entrada se convierte en pérdidas de la máquina. La figura 36 muestra un diagrama de flujo de potencia para un generador síncrono. La potencia mecánica de entrada es la potencia en el eje del generador síncrono,

P_in: potencia de entrada.

τ_in: torque de entrada.

w_s: velocidad mecánica.

Mientras que la potencia mecánica de convertida internamente en eléctrica está dada por:

V_a: voltaje en terminales.

I_a: corriente de carga.

θ_VI: ángulo entre la potencia y la corriente.

Figura 1. Diagrama de flujo de potencia en una máquina síncrona.

La diferencia entre la potencia de entrada y salida se invierten en las potencias de pérdidas por fricción, en el núcleo, mecánicas, y pérdidas misceláneas de la máquina.

La potencia eléctrica real de salida del generador se puede expresar en cantidades de línea como:

Pérdidas por fricción y ventilación. Esta prueba se debe realizar con el motor desenergizado y la máquina se debe mover con un motor auxiliar a la velocidad de sincronismo. Para hacer la prueba debe medirse primero las pérdidas de la máquina auxiliar girando a la velocidad de sincronismo, en lo preferible se puede hacer con una máquina de c.c de excitación independiente como se muestra en la figura 2 y se pueden calcular como

 

Figura 2. Determinación de las pérdidas de una máquina auxiliar.

Ahora, se debe acoplar la máquina de c.c al generador síncrono, y se debe llevar el conjunto a la velocidad de sincronismo, tomar los datos de tensión y corriente de la  máquina de d.c. del conjunto con máquina síncrona como:

y ahora se pueden calcular las pérdidas de la máquina síncrona como:

 Figura 3. Determinación de las pérdidas por fricción y ventilación de la máquina asíncrona.

Pérdidas en el núcleo: esta prueba determina las pérdidas que se presentan en el núcleo debidas a las corrientes parásitas y a los ciclos de histéresis. Para hacer estas mediciones se debe alimentar el campo con su corriente nominal como se muestra en la figura 4. las perdidas se pueden calcular como

y ahora se pueden calcular las pérdidas magneticasa de la máquina síncrona como:

 

Figura 4. Determinación de las pérdidas en el núcleo de la máquina síncrona.

Pérdidas en el cobre del estator: estas son las pérdidas en el cobre que se disipan en forma de calor en los devanados del estator de la máquina y se pueden calcular por medio de:

Donde:

I_a es la corriente medida o calculada por fase.

R_s es la resistencia por fase de la máquina.

Medición del ángulo de par: este ángulo se puede verificar por medio de una lámpara estroboscópica. Con la máquina parada se debe hacer una muesca como referencia en el rotor de la máquina. Con la lámpara apuntando hacia el eje y la máquina funcionando a velocidad síncrona se hace una muesca en el estator como referencia. Estas dos muescas no se deben mover cuando la máquina está en vació. Al colocarle carga hay una ligera diferencia entre las dos muescas, esta diferencia representa el ángulo de desfase δ entre la tensión generada E_g y la tensión en bornes. V_a También se puede notar que al aumentar la carga este ángulo va aumentando.