Reacción de inducido y reactancia síncrona
Con carga en atraso (inductiva), la reacción de inducido es…
En vacío, la tensión en bornes es igual a la FEM inducida E. Con carga, el flujo que crea la corriente del inducido I se combina con el flujo del campo, y el efecto depende de la fase de la corriente, es decir, del factor de potencia. Antes de mover el deslizador del ángulo del factor de potencia de retraso a adelanto para ver cómo cambian los fasores y la tensión en bornes, elige primero si, con carga en retraso, la reacción de inducido refuerza el flujo o lo debilita.
La corriente de carga perturba el flujo
En vacío solo existe el flujo del campo, así que la tensión en bornes es igual a la FEM inducida E. Cuando circula corriente de carga, el devanado trifásico del inducido también crea un campo giratorio, y este flujo del inducido gira a la misma velocidad que el del campo y se combina con él. Ese flujo resultante es el flujo real del entrehierro y fija la tensión en bornes, de modo que con carga la tensión en bornes difiere de la de vacío. Cuánto y en qué sentido depende de la fase de la corriente del inducido.
El factor de potencia fija el signo de la reacción
Con carga puramente resistiva (factor de potencia 1), la corriente del inducido está casi en fase con la FEM inducida, así que el flujo del inducido queda en ángulo recto en el espacio con el del campo. Solo deforma el flujo hacia un lado y deja su módulo casi igual; esto se llama magnetización transversal. Con carga en retraso (inductiva) la corriente se atrasa, 90° en una carga puramente inductiva, y el flujo del inducido se opone de frente al del campo y lo debilita (desmagnetizante). La tensión en bornes cae tanto como disminuye el flujo. Con carga en adelanto (capacitiva) ocurre al revés: el flujo del inducido ayuda al del campo y lo refuerza (magnetizante), y la tensión en bornes sube. Un mismo generador puede ver caer o subir su tensión en bornes según el factor de potencia de la carga.
Agrupa todo en la reactancia síncrona
El cambio de flujo que causa la reacción de inducido aparece, al final, como una tensión proporcional a la corriente del inducido. Una tensión proporcional a la corriente y adelantada 90° respecto a ella tiene exactamente la forma de la caída en una reactancia, así que esta reactancia de reacción se suma a la reactancia de dispersión del propio devanado y se agrupa en una reactancia síncrona Xs. El circuito equivalente por fase queda entonces simplemente E = V + I(Ra + jXs), y como la resistencia del inducido Ra suele ser mucho menor que la reactancia síncrona, a menudo se desprecia y se escribe E = V + jIXs. La regulación de tensión se define como (E - V)/V; es grande con carga en retraso y puede volverse negativa con carga en adelanto. El indicador de la figura usa la misma fórmula, así que al llevar el ángulo hacia el lado en adelanto la regulación se vuelve negativa.
De vuelta a la primera pantalla
Con carga en retraso, la reacción de inducido fue desmagnetizante y la tensión en bornes cayó. El flujo del inducido que crea la corriente de carga se combina con el del campo: en retraso se le opone de frente y lo debilita, en adelanto lo ayuda y lo refuerza, y con carga resistiva solo lo deforma hacia un lado; por eso es el factor de potencia el que fija el signo de la reacción. Como este cambio de flujo aparece al final como una tensión proporcional a la corriente y adelantada 90°, se agrupa con la dispersión en una reactancia síncrona Xs, y queda E = V + jIXs. Esta única ecuación, que une la E de vacío con la V en carga, explica la regulación de tensión del generador síncrono y sostiene también el motor síncrono y la corrección del factor de potencia de la siguiente unidad.
Con una sola reactancia síncrona, el comportamiento con carga se resume en E = V + jIXs, así que ahora la misma máquina puede funcionar como motor. En el motor, el ángulo de carga (la diferencia de fase entre E y V) fija el par, y al cambiar la excitación del campo el factor de potencia de la corriente del inducido pasa de retraso a adelanto. Eso convierte al motor síncrono en una herramienta que produce par y ajusta el factor de potencia a la vez. La siguiente unidad (MC-D3) trata juntos el par y el factor de potencia mediante el ángulo de carga y la excitación.