3.3 Regulación del voltaje en el generador con factor de potencia

Regulación de voltaje en los generadores síncronos con un FP
Cualquiera que sea la fuente de alimentación de un generador síncrono debe tener la propiedad básica de mantener su velocidad constante sin importar la demanda de potencia. Si esto no se cumple, entonces la frecuencia resultante del sistema de potencia podría presentar fallas (variar). No toda la potencia mecánica que entra en un generador síncrono se convierte en potencia eléctrica que sale de la máquina. La diferencia entre la potencia de entrada y la potencia de salida representa las perdidas en la máquina. En la siguiente figura se muestra el diagrama de flujo de potencia de un generador síncrono.

Diagrama de flujo de potencia de un generador síncrono
Donde γ es el ángulo entre Ea e Ia. La diferencia entre la potencia que entra en el generador y la potencia que se convierte en el representa las perdidas mecánicas, del núcleo y misceláneas de la máquina. La potencia eléctrica de salida real de un generador síncrono se puede expresar en cantidades de línea a línea como:

Y en cantidades fasoriales como:

La potencia reactiva de salida se puede representar en cantidades de línea a línea como:

O en cantidades fasoriales como:

Si se desprecia la resistencia del inducido Ra (debido a que jXs es mayor que Ra), entonces se puede deducir una ecuación muy útil para obtener una aproximación de la potencia de salida del generador. Para deducir esta ecuación se debe examinar el diagrama fasorial simplificado de un generador en el que se desprecia la resistencia del estator. Nótese que se puede expresar el segmento vertical bc como Ea sen δ o XsIa cos θ. Por lo que:

3.1 Principio de funcionamiento y construcción del generador síncrono

Principio de funcionamiento en un generador trifásico

Todos los generadores trifásicos utilizan un campo magnético giratorio, en la figura que se muestra se han instalado tres electroimanes alrededor de un círculo. Cada uno de los tres imanes está conectado a su propia fase en la red eléctrica.

Cada electroimán produce alternativamente un polo norte y un polo sur hacia el centro. El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator.

En las máquinas actuales, se coloca un dispositivo interior giratorio conformado por un núcleo magnético y un conductor dispuesto en forma de espiras llamado rotor (inductor), y una parte externa fija denominado estator (inducido). Al rotor se le suministra una corriente continua para su excitación, la que genera un campo magnético. De acuerdo al Teorema de Ferraras, al hacer girar el rotor mediante un evento externo, se induce en el estator un campo magnético giratorio. Este campo, induce en los devanados del estator una fuerza electro motriz (F.E.M.) alterna senoidal. Una máquina sincrónica, posee dos fuerzas magnetomotrices: la del rotor y la del estator. El rotor gira al recibir un empuje externo desde un motor diesel, turbinas de gas, turbinas de vapor, sistema de ciclo combinado o hidráulico.

En los generadores de gran potencia, se acopla mecánicamente un generador de corriente directa (excitatríz), del que se obtiene la tensión necesaria para excitar al rotor.

Su velocidad de rotación se mantiene constante y tiene un vínculo rígido con la frecuencia f de la red. Su relación fundamental es:

Donde: 

n es la velocidad en rev/min

f es la frecuencia 

p es el numero de polos