El correcto funcionamiento de un vehículo depende en gran medida de un aspecto crucial: la regulación de voltaje de su alternador o generador síncrono. En este artículo, exploraremos en profundidad la importancia de esta regulación y cómo garantizar que nuestro vehículo obtenga la potencia necesaria sin poner en riesgo el sistema eléctrico. ¡Prepárate para descubrir los secretos detrás de este componente esencial en tu automóvil!
La regulación de voltaje de un alternador o generador síncrono se define como el cambio en el voltaje terminal del generador en la aplicación de carga cuando la velocidad y la corriente de campo (excitación) permanecen constantes.
Cuando el generador está sin carga, el voltaje terminal será más, es igual a la FEM inducida en la armadura. El hecho es que el voltaje terminal no permanece constante al aumentar la carga en el generador. El voltaje terminal disminuye con un aumento en la carga. Además, la corriente de armadura aumenta con un aumento en la carga. Y este aumento en la corriente del inducido provoca una caída de voltaje en la FEM inducida debido a la reacción del inducido y la caída de voltaje en la resistencia y la reactancia del alternador.
Cuando el generador está sin carga, la corriente de armadura se vuelve cero y la reacción de armadura no ocurre. Por lo tanto, en esta condición, el voltaje terminal es igual a la FEM inducida.
La regulación de voltaje muestra el grado de variación en el voltaje terminal del generador con carga incrementada. En otras palabras, el cambio en el voltaje terminal de sin carga a plena carga nominal dividido por el voltaje nominal a plena carga se denomina regulación de voltaje del alternador.
Fórmula de Regulación de Voltaje del Alternador
Fórmula de regulación de voltaje por unidad:
A continuación se proporciona la regulación de voltaje por unidad del alternador.
Fórmula de regulación de voltaje porcentual:
La fórmula de regulación de voltaje porcentual se da a continuación,
Es deseable que la regulación de voltaje sea lo más pequeña posible porque un valor más alto de regulación de voltaje provoca una menor eficiencia y el deterioro del rendimiento de la máquina. El generador ideal tiene regulación de voltaje cero. Sin embargo, no es posible diseñar un alternador ideal.
¿Cómo depende la regulación del factor de potencia de la carga?
El generador entrega la energía a cargas eléctricas, resistivas, inductivas y capacitivas. El tipo de carga puede ser una combinación de tipos resistivo, inductivo y capacitivo. El factor de potencia de la carga resistiva pura es la unidad. Por otro lado, el factor de potencia de la carga inductiva y la carga capacitiva está rezagado y adelantado respectivamente.
Generalmente, un alternador entrega energía a la carga que es de naturaleza inductiva. Y encontrará que el factor de potencia es de 0,8 a 0,85 (retraso) grabado en la placa de identificación del generador.
Alternador operando a factor de potencia unitario
Cuando un generador opera con un factor de potencia unitario, la caída de tensión se produce únicamente en la resistencia del inducido. Por lo tanto, el voltaje terminal es ligeramente menor que la FEM inducida del generador.
La regulación de voltaje en el factor de potencia unitario es;
Por lo tanto, un alternador tiene una pequeña regulación de voltaje positivo cuando opera con un factor de potencia unitario.
Alternador operando con factor de potencia atrasado
Cuando el generador opera con un factor de potencia atrasado, la caída de voltaje ocurre tanto en la resistencia del inducido como en la reactancia del inducido. La caída de voltaje en el alternador cuando opera con un factor de potencia atrasado es;
La regulación de voltaje del alternador con carga retrasada es;
Por lo tanto, la mayor caída de tensión provoca una gran regulación positiva.
Alternador operando al factor de potencia de carga
Cuando un alternador opera con el factor de potencia principal, su voltaje terminal se vuelve mayor que la FEM inducida. La regulación de voltaje de un alternador en el factor de potencia principal se puede expresar como;
El voltaje terminal aumenta con un aumento de la carga en los factores de potencia principales. Por lo tanto, la regulación de voltaje es negativa.
En ciertos factores de potencia principales, el voltaje terminal puede llegar a ser igual a la FEM inducida.
Determinación de la Regulación de Voltaje
Hay muchos métodos para determinar la regulación de voltaje de un alternador. Discutiremos aquí dos métodos para la determinación de la regulación de voltaje.
- Método de carga directa
- método indirecto
Método de carga directa
Este método es adecuado para determinar la clasificación de voltaje de los alternadores de clasificación pequeña. El diagrama de conexión de un alternador se muestra a continuación.
Pasos del método de carga directa
- La corriente de campo (IF) se ajusta hasta que el voltímetro conectado a través de la terminal del inducido lea el voltaje nominal (V).
- Ahora, conecte la carga trifásica a la armadura y varíe la carga hasta que el amperímetro lea corriente de carga completa.
- El voltaje del terminal disminuye después de realizar el paso no. 2, por lo tanto, ajuste el voltaje del terminal gobernando la corriente de campo hasta que el voltaje lea el voltaje nominal (V).
- Ahora, mantenga la misma corriente excitante y el mismo paso que en el paso no. 3 y retire la carga.
- Después de retirar la carga, registre el voltaje del terminal. Aquí, el voltaje terminal (V) es igual a la FEM inducida (E0).
Después de grabar V y E0podemos determinar la regulación de voltaje de un alternador usando la siguiente fórmula.
Problema resuelto de regulación de voltaje por método de carga directa
El voltaje terminal (voltaje de línea) de un alternador trifásico conectado en estrella es de 10,5 kV con un factor de potencia de 0,8 en atraso cuando el alternador está completamente cargado. Después de desconectar la carga, manteniendo la misma velocidad y excitación, la tensión sube a 11kV. Calcular la regulación de voltaje.
datos dados-
Tensión terminal (línea) = 10,5 kV
Voltaje sin carga (línea) = 11 kV
El voltaje terminal/fase del alternador es;
La FEM inducida o voltaje/fase sin carga del alternador es;
La regulación de voltaje del alternador es;
Métodos indirectos de regulación de voltaje
La regulación de voltaje de los alternadores de gran capacidad no se puede determinar utilizando el método directo. El método indirecto simula las condiciones de carga y determina la regulación de voltaje. Los siguientes métodos indirectos se utilizan para determinar la regulación de voltaje.
- Método de impedancia síncrona o método EMF
- Método del factor de potencia cero o método del triángulo de Potier
- Método amperio-vuelta o método MMF
- Modificación ASA del método MMF
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