Cada máquina eléctrica giratoria funciona según la ley de Faraday. Cada máquina eléctrica requiere un campo magnético y una bobina (conocida como armadura) con un movimiento relativo entre ellas. En el caso de un alternador, suministramos electricidad al poste para producir campo magnético y la potencia de salida se toma de la armadura. Debido al movimiento relativo entre el campo y la armadura, el conductor de las armaduras corta el flujo del campo magnético y, por lo tanto, habría un enlace de flujo cambiante con estos conductores de armadura. De acuerdo con la ley de Faraday de inducción electromagnética, habría un campo electromagnético inducido en la armadura. Por lo tanto, tan pronto como la carga se conecta con los terminales de la armadura, hay una corriente que fluye en la bobina de la armadura.
Tan pronto como la corriente comienza a fluir a través del conductor de la armadura, hay un efecto inverso de esta corriente en el flujo de campo principal del alternador (o generador síncrono). Este efecto inverso se conoce como reacción de armadura en alternador o generador síncrono. En otras palabras, el efecto del flujo de armadura (estator) sobre el flujo producido por los polos de campo del rotor se denomina reacción de armadura.
Ya sabemos que un conductor portador de corriente produce su propio campo magnético, y este campo magnético afecta al campo magnético principal del alternador.
Tiene dos efectos indeseables, ya sea que distorsiona el campo principal, o reduce el flujo de campo principal o ambos. Deterioran el rendimiento de la máquina. Cuando el campo se distorsiona, se conoce como efecto de magnetización cruzada. Y cuando el flujo de campo se reduce, se conoce como el efecto de desmagnetización.
La conversión de energía electromecánica se realiza a través del campo magnético como medio. Debido al movimiento relativo entre los conductores de la armadura y el campo principal, se induce un campo electromagnético en los devanados de la armadura cuya magnitud depende de la velocidad relativa y del flujo magnético. Debido a la reacción de la armadura, el flujo se reduce o distorsiona, el campo electromagnético neto inducido también se ve afectado y, por lo tanto, el rendimiento de la máquina se degrada.
Reacción de la armadura en el alternador
En un alternador como todas las demás máquinas síncronas, el efecto de la reacción de la armadura depende del factor de potencia, es decir, la relación de fase entre el voltaje del terminal y la corriente de la armadura.
La potencia reactiva (retraso) es la energía del campo magnético, por lo que si el generador suministra una carga de retraso, esto implica que está suministrando energía magnética a la carga. Dado que esta potencia proviene de la excitación de la máquina síncrona, la potencia reactiva neta se reduce en el generador.
Por lo tanto, la reacción de la armadura se desmagnetiza. De manera similar, la reacción de la armadura tiene un efecto de magnetización cuando el generador suministra una carga principal (ya que la carga principal toma el VAR principal) y, a cambio, da VAR (energía magnética) retardada al generador. En caso de carga puramente resistiva, la reacción de la armadura es solo magnetización cruzada.
La reacción de la armadura del alternador o generador síncrono, depende del ángulo de fase entre, la corriente de la armadura del estator y el voltaje inducido a través del devanado de la armadura del alternador.
La diferencia de fase entre estas dos cantidades, es decir, La corriente y el voltaje de la armadura pueden variar de-90o a + 90o
Si este ángulo es θ, entonces,
Para comprender el efecto real de este ángulo en la reacción de la armadura del alternador, consideraremos tres casos estándar,
- Cuando θ = 0
- Cuando θ = 90o
- Cuando θ = – 90o
Reacción de la armadura del Alternador en el Factor de Potencia unitario
En el factor de potencia unitario, el ángulo entre la corriente de la armadura I y el campo electromagnético inducido E, es cero. Eso significa que la corriente de armadura y los campos electromagnéticos inducidos están en la misma fase. Pero sabemos teóricamente que los campos electromagnéticos inducidos en la armadura se deben al cambio del flujo de campo principal, vinculado con el conductor de la armadura.
Como el campo es excitado por CC, el flujo de campo principal es constante con respecto a los imanes de campo, pero se alternaría con respecto a la armadura, ya que hay un movimiento relativo entre el campo y la armadura en el alternador. Si el flujo de campo principal del alternador con respecto a la armadura se puede representar como
, Entonces el campo electromagnético inducido a través de la armadura es proporcional a, dφf/dt.
Por lo tanto, de estas ecuaciones anteriores (1) y (2) está claro que el ángulo entre, φf y emf E inducido será de 90o.
Ahora, el flujo de inducido φa es proporcional a la corriente de inducido I. Por lo tanto, el flujo de inducido φa está en fase con la corriente de inducido I.
Nuevamente en el factor de potencia eléctrica de unidad I y E están en la misma fase. Por lo tanto, en el factor de potencia de unidad, φa es fase con E. Por lo tanto, en esta condición, el flujo de armadura está en fase con emf inducido E y el flujo de campo está en cuadratura con E. Por lo tanto, el flujo de armadura φa está en cuadratura con flujo de campo principal φf.
Como estos dos flujos son perpendiculares entre sí, la reacción de la armadura del alternador en el factor de potencia unitario es puramente de distorsión o de magnetización cruzada.
A medida que el flujo de armadura empuja el flujo de campo principal perpendicularmente, la distribución del flujo de campo principal debajo de una cara de polo no permanece uniformemente distribuida. La densidad de flujo debajo de las puntas de los polos de arrastre aumenta un poco, mientras que debajo de las puntas de los polos de proa disminuye.
Reacción de la armadura del alternador en el factor de Potencia Cero de retraso
En el factor de potencia eléctrica cero de retraso, la corriente de la armadura se retrasa en 90o para inducir emf en la armadura.
Como el campo electromagnético inducido en la bobina de la armadura debido al flujo de campo principal, el campo electromagnético conduce el flujo de campo principal en 90o. De la ecuación (1) obtenemos, el flujo de campo,
Por lo tanto, en wt = 0, E es máximo y φf es cero.
A wt = 90o, E es cero y φf tiene el valor máximo.
A wt = 180o, E es máximo y φf cero.
A wt = 270o, E es cero y φf tiene un valor máximo negativo.
Aquí, φf obtuvo un valor máximo de 90o antes de E. Por lo tanto, φf conduce E por 90o.
Ahora, la corriente de armadura I es proporcional al flujo de armadura φa, y I se retrasa E por 90o. Por lo tanto, φa retrasa E por 90o.
Por lo tanto, se puede concluir que, el flujo de campo φf conduce E por 90o.
Por lo tanto, el flujo de armadura y el flujo de campo actúan directamente uno frente al otro. Por lo tanto, la reacción de la armadura del alternador en el factor de potencia cero de retraso es un tipo de desmagnetización puramente. Eso significa que el flujo de armadura debilita directamente el flujo de campo principal.
Reacción de la armadura del Alternador en el factor de potencia principal
En la condición del factor de potencia principal, los cables de corriente «I» de la armadura inducen emf E en un ángulo de 90o. De nuevo, hemos mostrado solo, cables de flujo de campo φf, emf E inducido en 90o.
De nuevo, el flujo de la armadura φa es proporcional a la corriente de la armadura I. Por lo tanto, φa está en fase con I. Por lo Derivaciones I E por 90o.
Como en este caso, tanto el flujo de armadura como el flujo de campo, el emf inducido E por 90o, se puede decir que el flujo de campo y el flujo de armadura están en la misma dirección. Por lo tanto, el flujo resultante es simplemente la suma aritmética de flujo de campo y flujo de armadura. Por lo tanto, por fin, se puede decir que la reacción de la armadura del alternador debido a un factor de potencia eléctrica puramente líder es el tipo de magnetización.
Naturaleza de la reacción de la armadura
- El flujo de reacción de la armadura es constante en magnitud y gira a velocidad síncrona.
- La reacción de la armadura es magnetización cruzada cuando el generador suministra una carga a un factor de potencia unitario.
- Cuando el generador suministra una carga al factor de potencia principal, la reacción de la armadura es en parte desmagnetización y en parte magnetización cruzada.
- Cuando el generador suministra una carga al factor de potencia principal, la reacción de la armadura es en parte magnetización y en parte magnetización cruzada.
- El flujo de armadura actúa independientemente del flujo de campo principal.