El motor síncrono: ángulo de carga y control del factor de potencia
Sobreexcita el campo y el factor de potencia va…
Fijada la carga (la potencia activa en el eje), la parte en fase de la corriente queda fija. Pero cambiar la FEM interna E con la excitación cambia la parte reactiva. Mueve el deslizador y mira en los fasores si la corriente I se atrasa o adelanta respecto a V. Al subir la excitación (sobreexcitar), ¿a dónde va el factor?
El rotor queda enganchado al campo giratorio
En un motor síncrono el campo giratorio del estátor y el rotor excitado en CC (un imán) quedan enganchados magnéticamente y giran juntos a velocidad síncrona. A diferencia de la inducción no hay deslizamiento. Bajo carga el rotor se retrasa respecto al campo el ángulo δ, pero la velocidad no cambia. El par lo fija este ángulo como T ∝ (V E / Xs) sin δ. Más carga implica mayor δ y más par, pero pasado δ = 90° el enganche se rompe y se pierde el sincronismo (descuelgue). Por eso un motor síncrono no arranca solo y necesita un medio de arranque aparte.
La excitación compra y vende reactiva
Fijada la carga, queda fija la potencia activa que el motor absorbe, y corresponde a la parte de la corriente en fase con la tensión. Esta parte no cambia con la excitación. Pero cambiar la FEM interna E con el campo cambia la parte reactiva. Subexcitado (E pequeña) el motor toma corriente en atraso y absorbe reactiva; sobreexcitado (E grande) inyecta corriente en adelanto y suministra reactiva. En la excitación donde la parte reactiva es cero, el factor es unidad y la corriente es mínima. La activa la fija el ángulo de carga, la reactiva la excitación, por separado.
El condensador síncrono corrige el factor
El condensador síncrono es justo esta propiedad puesta a trabajar. Un motor síncrono que gira casi sin carga en el eje, sobreexcitado, suministra reactiva en adelanto a la red y mejora el factor: actúa como un gran condensador. En cambio, subexcitado, absorbe reactiva en atraso y limita la sobretensión que las líneas largas levantan con poca carga. Un motor cargado normal sobreexcitado hace lo mismo, así que en una fábrica el motor síncrono entrega potencia mientras mejora el factor de toda la planta: dos pájaros de un tiro.
De vuelta a la primera pantalla
Subir la excitación movió el factor a adelanto. La potencia activa fijada por la carga quedó en la parte en fase de la corriente, así que el par no cambió, pero la excitación cambió la magnitud de la FEM interna E y movió la parte reactiva. Subexcitado absorbe reactiva en atraso, sobreexcitado la suministra en adelanto, y en el punto justo da factor unidad con corriente mínima. Esta separación — par por el ángulo de carga, factor por la excitación — es lo especial del motor síncrono. En vacío y sobreexcitado se vuelve un condensador síncrono que corrige el factor. El E = V + jIXs visto en el generador vuelve en el motor como el asa que controla par y factor a la vez.
Dibujar que la excitación mueve el factor como una imagen da una curva en V de la corriente del inducido (vertical) frente a la de campo (horizontal). El valle es factor unidad, la izquierda subexcitada (atraso), la derecha sobreexcitada (adelanto). Toda la curva sube con más carga. La próxima unidad cuantifica el control con esta curva en V y observa hasta dónde aguanta el ángulo de carga: la estabilidad, el límite de descuelgue (MC-D4).