Efecto de la Carga en un Motor Síncrono

Un motor síncrono opera a una velocidad sincrónica constante, independientemente de la carga. Ahora, examinemos el impacto de la variación de la carga en el motor. Supongamos que un motor síncrono está inicialmente funcionando con un factor de potencia adelantado. El diagrama fasorial correspondiente al factor de potencia adelantado se presenta a continuación:

Cuando la carga en el eje se incrementa, el rotor experimenta un frenado momentáneo. Esto ocurre porque toma algún tiempo para que el motor extraiga la potencia adicional de la línea eléctrica. En otras palabras, aunque el rotor mantiene su velocidad rotacional sincrónica, efectivamente "se retrasa" en posición espacial debido a la demanda de carga incrementada. Durante este proceso, el ángulo de par δ se expande, lo que a su vez causa que el par inducido aumente.

La ecuación para el par inducido se expresa de la siguiente manera:

Posteriormente, el par aumentado acelera el rotor, permitiendo que el motor vuelva a alcanzar la velocidad sincrónica. Sin embargo, esta restauración ocurre con un ángulo de par δ mayor. El voltaje de excitación Ef es directamente proporcional a ϕω, dependiendo tanto de la corriente de campo como de la velocidad rotacional del motor. Dado que el motor opera a una velocidad sincrónica constante y la corriente de campo permanece inalterada, la magnitud del voltaje |Ef| permanece constante. Por lo tanto, podemos concluir que

A partir de las ecuaciones anteriores, se hace evidente que cuando la potencia P aumenta, los valores de Ef sinδ y Ia cosϕ también aumentan en consecuencia.La siguiente figura ilustra el impacto de un aumento de la carga en el funcionamiento de un motor síncrono.

Como se muestra en la figura anterior, a medida que la carga aumenta, la cantidad jIaXs crece de manera constante, y la ecuación V=Ef+jIaXs 

permanece válida. Simultáneamente, la corriente de armadura también aumenta. El ángulo del factor de potencia experimenta una transformación con la variación de la carga; gradualmente se vuelve menos adelantado y luego cada vez más retrasado, como se ilustra claramente en la figura.

En resumen, cuando la carga en un motor síncrono aumenta, se pueden observar las siguientes características clave:

• El motor mantiene su operación a la velocidad sincrónica.

• El ángulo de par δ se expande.

• El voltaje de excitación Ef permanece constante.

• La corriente de armadura Ia extraída de la fuente de alimentación aumenta.

• El ángulo de fase ϕ se desplaza más en la dirección de retraso.

Es importante tener en cuenta que hay un límite a la carga mecánica que un motor síncrono puede manejar. A medida que la carga continúa aumentando, el ángulo de par δ sigue incrementándose hasta que se alcanza un punto crítico. En este momento, el rotor se sale de sincronismo, causando que el motor se detenga.

El par de salida es definido como el par máximo que un motor síncrono puede generar a la tensión y frecuencia nominal mientras aún mantiene el sincronismo. Generalmente, sus valores oscilan entre 1.5 y 3.5 veces el par a plena carga.