Reactancia sincrónica directa y en cuadratura

La corriente absorbida de la red alcanza un cierto valor que llamaremos I0. La relación entre la tensión en bornes y la corriente I0 se denomina comúnmente impedancia sincrónica o también reactancia sincrónica, siendo como antes dicho, los dos valores prácticamente coincidentes.

Ahora basta reflexionar un momento para darse cuenta que esta reactancia sincrónica no es nada distinta de la reactancia en vacío de los motores asincrónicos. En ambos casos las máquinas toman de la red una cierta corriente que produce un flujo rotante sincrónico con el rotor, el cual en ambos casos no está recorrido por ninguna corriente.

La relación entre el flujo rotante y la corriente que lo produce es naturalmente la inductancia correspondiente a la reactancia en vacío en los motores asincrónicos y la reactancia sincrónica en las máquinas sincrónicas.

La corriente I0 que esta última absorbe puede también denominarse corriente de vacío; y el hecho de que esta pueda alcanzar un valor próximo y a veces superior a la nominal, mientras que en los motores asincrónicos se encuentra alrededor del 25% y el 40% de la corriente nominal, no debe llevar a engaño: esto depende únicamente del valor notablemente superior que en las máquinas sincrónicas, por varias y conocidas razones, tiene el entrehierro.

También se puede definir la reactancia sincrónica utilizando las características de vacío y de cortocircuito adoptando el mismo eje de abscisa; y la reactancia sincrónica se obtiene como relación entre los correspondientes valores de la tensión en bornes y de la corriente de cortocircuito, asumiendo el característico comportamiento que se indica en la figura 18.2.

Definir la reactancia sincrónica como relación entre dos valores correspondientes a dos funcionamiento tan distintos, se podría decir casi opuestos, como son los de vacío y de cortocircuito, muestran esta reactancia como algo híbrido (es una especie de reactancia de Thevenin) y conducen a que muchos se pregunten para que sirve y cual es el significado de una reactancia definida de un modo así artificial.

La definición antes dada, como relación entre los dos valores contemporáneos de la tensión aplicada y de la corriente absorbida, cuando la excitación y la carga son nulas, es decir la perfecta correspondencia a la reactancia de vacío de los motores asincrónicos, la hace indudablemente más persuasiva y más claro y concreto su significado físico.

La condición de funcionamiento con carga activa nula y excitación nula, mediante la cual se ha definido la reactancia sincrónica, no es una condición de funcionamiento hipotética, por lo contrario es aquella que se acerca y tal vez se alcanza durante la energización de las líneas.

No se debe creer que la reactancia sincrónica determine solamente esta condición de funcionamiento: cualquier otro funcionamiento en régimen permanente está igualmente determinado por esta reactancia. Si la excitación en vez de ser nula tiene un valor tal que en vacío le corresponde una f.e.m. inducida E, la corriente de inducido se obtiene dividiendo por la reactancia sincrónica la tensión resultante de la composición vectorial de la f.e.m. E y de la tensión en bornes V

Consiguientemente en las expresiones de la potencia máxima, de la potencia en función del ángulo de carga, de la potencia sincronizante y de todas las otras magnitudes correspondientes al régimen permanente, aparece siempre la reactancia sincrónica

Lamentablemente las cosas no siempre son tan simples, en cambio se puede decir que lo dicho se verifica sólo para las máquinas con inductor cilíndrico, y también en este caso sólo con una cierta aproximación.

Para aclarar este punto retornamos un momento al funcionamiento en vacío y con excitación nula de la cual se ha partido para aclarar el concepto de reactancia sincrónica.

El flujo producido por la corriente del estator gira en perfecto sincronismo con el rotor, pero no se ha hecho ninguna hipótesis acerca de la posición relativa entre el eje del flujo y el eje del rotor. Esto es admitido para las máquinas con inductor cilíndrico, como son los turbo alternadores cuyo rotor puede considerarse con buena aproximación magnéticamente isótropo y por lo tanto cada eje es equiparable a cualquier otro. Pero la situación cambia notablemente en el caso de las máquinas de polos salientes. Aquí no se puede hablar de isotropía magnética, ni siquiera en modo aproximado.

Manteniéndose invariable la tensión en bornes, permanece constante el flujo rotante, dado que su valor debe ser tal de producir una f.e.m. igual y opuesta a la tensión impuesta. Pero la corriente que la máquina absorbe de la red para producir tal flujo varía mucho según el recorrido del flujo a través del rotor .

Esa corriente alcanza el valor mínimo si el flujo recorre el rotor según el eje directo, siendo este el recorrido de mínima reluctancia; y alcanza el valor máximo si en cambio el rotor está recorrido según el eje en cuadratura como dicho anteriormente, en este caso el rotor presenta al flujo la máxima reluctancia. Consecuentemente en las máquinas sincrónicas de polos salientes se deben considerar necesariamente dos distintas reactancias sincrónicas: la primera, corresponde al mínimo valor de corriente absorbida, se denomina comúnmente reactancia sincrónica directa y se la indica con Xd, puesto que el flujo recorre el rotor según el eje directo; la segunda, corresponde al valor máximo de la corriente absorbida, y se la denomina reactancia sincrónica en cuadratura y se indica con Xq por analogía