Maquinas Asincronas

MÁQUINAS ASÍNCRONAS

Motor de inducción monofásico

Principio de funcionamiento
Básicamente, un motor de inducción monofásico está formado por un rotor en jaula de ardilla análogo al de los motores trifásicos y un estator en el que se dispone un devanado alimentado con c.a. monofásica. Normalmente se constryen con potencias inferiores a 1 CV y por ello reciben el nombre también de motores fraccionarios.
Al introducir una corriente alterna en el devanado del estator se produce una fuerza magnetomotriz en el entrehierro. Ésta, produce un campo magnético proporcional en el entrehierrro, el cual induce a su vez corrientes en el rotor, como si fuera el circuito secundario de un transformador, de tal forma que los pares de rotación originados por la acción recíproca de las intensidades de las dos mitades del arrollamiento del rotor con el campo inductor del estator son opuestas entre sí y en consecuencia, el par resultante que actúa sobre el rotor en reposo es nulo. La ausencia de par inicial de arranque representa la particularidad característica del motor monofásico y por ello esta máquina no puede arrancar por sí misma.
Si en un motor trifásico se desconecta una fase, se tendría un funcionamiento análogo al descrito ya que la máquina trabajaría como motor monofásico.

Arranque
El motor monofásico no tiene par de arranque y por tanto no puede iniciar la marcha por sí mismo.
Los procedimientos de arranque de los motores asíncronos monofásicos son:
a)Motores de fase de partida
En este motor se sitúan en el estator dos devanados desfasados 90º eléctricos en el espacio. El primer devanado, denominado principal cubre los 2/3 de las ranuras y tiene muchas espiras de hilo grueso por lo que ofrece una gran reactancia y baja resistencia y se conecta directamente a la red, mientras que el otro, denominado auxiliar o de arranque, cubre el resto del estator y tiene pocas espiras de hilo delgado y ofrece por ello alta resistencia y baja reactancia y se conecta en serie con un interruptor centrífugo situado en el eje del motor.
b)Motores con condensador
Este tipo de motor está formado por un devanado principal que cubre 2/3 de las ranuras y tiene muchas espiras de hilo grueso por lo que ofrece gran reactancia y baja resistencia y se conecta directamente a la red, mientras que el devanado auxiliar cubre el resto del estator y tiene pocas espiras de hilo delgado y ofrece por ello alta resistencia y baja reactancia, y se conecta en serie con un condensador de capacidad suficiente para adelantar la fase de su corriente casi 90º respecto a la correspondiente al devanado principal. A veces, con objeto de mejorar las características del par y el f.d.p. de la máquina, se emplean condensadores de papel impregnados con aceite que trabajan de forma continua.

Introducción
Las máquinas síncronas son máquinas eléctricas cuya velocidad de rotación n (r.p.m) está vinculada rígidamente con la frecuencia f de la red alterna con la cual trabaja: n= 60f/p donde p es el número de pares de polos de la máquina.
Las máquinas síncronas pueden funcionar tanto en régimen generador como en régimen en motor. Sin embargo, en la práctica de las instalaciones eléctricas es más frecuente su empleo como generadores, para producir energía eléctrica de corriente alterna (alternadores). Por otro lado, cuando funcionan convirtiendo la energía eléctrica en mecánica, da lugar al régimen de marcha como motor síncrono. Estos motores se emplean en aquellos accionamientos industriales que velocidades constantes, teniendo además la ventaja frente a los motores asíncronos de poder regular simultáneamente el f.d.p. con el cual trabaja. Cuando la máquina síncrona trabaja con f.d.p. capacitivo se dice que funciona como compensador o condensador síncrono.

Aspectos constructivos
Las máquinas síncronas, al igual que los demás tipos de máquinas eléctricas, están constituidas por dos devanados independientes:
a)Un devanado inductor, construido en forma de arrollamiento concentrado o bien distribuido en ranuras, alimentado por corriente continua, que da lugar a los polos de la máquina.
b)Un devanado inducido distribuido formado un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna.
En las máquinas pequeñas, para potencias que no superan los 10 kVA, el devanado inductor se coloca normalmente en el estator, en forma concentrada, estando situado el inducido en el rotor formando generalmente tres fases.
En las máquinas síncronas grandes, que para el caso de los alternadores pueden llegar a 1000-1500 MVA, la colocación de los devanados es inversa a la anterior, de tal forma que los polos quedan situados en el rotor y el devanado trifásico en el estator. En esta situación la estructura del rotor de fabrica en dos versiones distintas, ya sea en forma de polos salientes o en forma de polos lisos; en el primer caso los devanados de los polos son concentrados, mientras que para el rotor cilíndrico el devanado que se coloca en los polos está distribuido en ranuras. La alimentación del devanado inductor se realiza por medio de dos anillos colocados en la parte móvil de la máquina por los que se introduce una corriente continua exterior. Hay dos tipos de inducidos: por una parte, un inducido giratorio requiere tres anillos mientras que un inducido fijo no necesita anillos. Debe tenerse en cuenta también que es mas difícil aislar los conductores en un inducido giratorio que en un inducido fijo.

Sistemas de excitación
Los devanados que forman los polos de una máquina síncrona se alimentan con corriente continua; esta c.c procede en los sistemas tradicionales de una dinamo excitatriz que está montada en el eje del grupo y cuya salida se aplica al rotor del alternador por medio de unos anillos deslizantes con sus correspondientes escobillas. La excitatriz es un generador de c.c convencional, en el que a veces se sustituye toda o parte de su excitación por una excitatriz piloto con objeto de mejorar la rapidez de respuesta. Las máquinas síncronas más pequeñas no suelen tener excitatriz piloto y la excitatriz principal trabaja en forma de derivación, alimentando directamente el inductor o campo del alternador.
Modernamente se emplea un sistema de excitación sin escobillas. En este caso, el devanado trifásico de la excitatriz está colocado en el rotor y su devanado inductor en el estator. La salida de c.a. de la excitatriz se convierte en c.c. por medio de rectificadores montados en el eje y que alimentan directamente el rotor del alternador sin necesidad de anillos ni escobillas (rectificadores giratorios).
En los alternadores modernos empleados en los grupos electrógenos para suministro de energía eléctrica a instalaciones aisladas se recurre a la autoexcitación del alternador, que consiste en obtener la c.c. necesaria para los polos de la propia salida del generador, que luego se rectifica.

Principio de funcionamiento de un alternador
Funcionamiento en vacío
Al girar el rotor a la velocidad n, se inducen f.e.m.s. en los arrollamientos de las tres fases del estator, que van desfasadas en el tiempo 120º. Si consideramos que las N espiras de cada fase están concentradas, y que el flujo concatenado por las mismas varía entre los límites +ô_m y - ô_m, el valor medio de la f.em. inducida en cada fase, en el transcurso de medio período de la corriente alterna será: E_med = 4fNôm
La f.e.m eficaz E tendrá una magnitud: E= 4K_ffNôm.
La curva de vacío constituye una característica importante del funcionamiento en vacío de la máquina síncrona ya que expresa la f.e.m en bornes de la máquina estando desconectada la carga en función de la corriente de excitación.

Funcionamiento en carga. Reacción del inducido
Si estando funcionando un alternador en vacío, con una determinada corriente de excitación, se cierra el circuito del inducido conectando una impedancia de carga a sus terminales, se obtiene una tensión V en bornes de la máquina inferior al valor que presentaba en vacío Eo. La reducción en la tensión de salida del generador es debida a la aparición de una corriente en el inducido que provoca una caída de tensión en este circuito a la par que produce una f.m.m. que reacciona con la del inductor modificando el flujo del entrehierro de la máquina. Se debe considerar también la reactancia del inducido, que se debe al flujo de dispersión del estátor que no interacciona con el flujo del rotor. Este flujo de dispersión permite definir un coeficiente de autoinducción L_ó, que multiplicado por la pulsación de la corriente, da lugar a la reactancia de dispersión del estator: X_ó= Ló_ù= Ló2pif . El efecto que provoca la f.m.m del inducido sobre la f.m.m del inductor, modifica el flujo del entrehierro de la máquina. Este fenómeno se conoce con el nombre de reacción del inducido.
Composición de las f.m.m.s del inductor y del inducido según sea la carga resistiva, inductiva o capacitiva:
a)Carga resistiva
Si la carga es resistiva pura, el f.d.p es la unidad, y si se prescinde de la impedancia del inducido se podrá considerar que el desfase entre la f.e.m y la corriente es ö=0. Para calcular el sentido y magnitud de las f.e.m.s inducidas en los conductores habrá que aplicar la ley de Faraday en la forma: e= L(vxB), donde v indica un vector velocidad, contrario al sentido de giro del rotor e igual a su velocidad periférica, lo cual es el resultado de tener en cuenta el movimiento relativo entre ambos circuitos. Las f.e.m.s serán máximas cuando los lados de las espiras se encuentren exactamente frente a los centros de los polos. Como el desfase entre la f.e.m y la corriente es nulo, este instante coincide también con los valores máximos de la intensidad. Se observa que para una carga resistiva, la reacción del inducido es transversal, es decir, está desplazada 90º de la f.m.m.
b)Carga inductiva
Cuando la carga es inductiva pura, el desfase entre la f.e.m y la corriente es de 90º. En este caso, el máximo de las corrientes estará desplazado en el espacio respecto del máximo de las f.e.m.s. en un ángulo de 90º en sentido contrario al del giro del rotor, Como quiera que las f.em.s son máximas cuando los lados de las espiras están en el centro de los polos, las corriente serán máximas cuando el polo norte del rotor se halle adelantado 90º eléctricos respecto a la posición de máxima f.m.m. Se observa que la f.m.m de reacción del inducido se opone a la f.m.m del inductor, lo que significa que una carga inductiva pura produce una reacción desmagnetizante, que tiende a reducir la f.m.m resultante, haciendo disminuir el flujo en el entrehierro, provocando en consecuencia una reducción de la f.e.m inducida.

c)Carga capacitiva
Cuando la carga es capacitiva pura, la corriente del estator alcanzará su máximo, 90º eléctricos antes de que el polo se enfrente a los conductores que forman las espiras del inducido, que es el momento en que es máxima la f.e.m. En esta ocasión, se produce un refuerzo de la f.m.m del inductor, lo que significa que las cargas capacitivas ayudan a la acción del campo de los polos provocando un efecto magnetizante sobre los mismos.
Cuando las cargas no son puras, presentan un desfase comprendido entre -90º y +90º.
Así, en las máquinas síncronas, tanto de polos salientes como de rotor cilíndrico, la reacción del inducido provoca una variación en la f.m.m resultante que actúa sobre el circuito magnético y que hace variar a su vez la magnitud del flujo en el entrehierro y en consecuencia el valor de la f.e.m que se obtiene en el inducido.

Diagrama fasorial de un alternador. Regulación de tensión
El diagrama fasorial de un alternador determina de forma gráfica la relación existente entre la f.e.m y la tensión en los diversos regímenes de funcionamiento de la máquina.
En principio, para analizar el diagrama fasorial se considera una máquina síncrona con entrehierro uniforme(rotor cilíndrico), ya que entonces la reacción del inducido no depende de la posición del rotor por ser la reluctancia idéntica en todas las posiciones. Se supone también que la reactancia de dispersión X_ó es constante y que se pueden despreciar las pérdidas por histéresis en el hierro. Esta última condición equivale a decir que la f.m.m resultante está en fase con el flujo que ella produce.
Se onsidera una máquina síncrona funcionando en régimen generador con una tensión por fase V, que lleva una corriente inductiva en el inducido con un desfase de ö grados. Para determinan la f.e.m resultante habrá que añadir a la tensión terminal de las caídas de tensión producidas en la resistencia y reactancia de dispersión, resultando:
E_r = V+RI+jX_óI. El flujo que se necesita para producir la f.e.m anterior estará adelantado 90º respecto al favor E_r, y si se prescinde de la histéresis, la dirección del flujo será también la que corresponde a la f.m.m resultante F_r. F_r es la suma de la f.m.m de excitación o inductora Fe y la correspondiente a la reacción de inducido F_i, es decir:
F_r = F_e+F_i. Si con esta excitación representada por la f.m.m Fe, se deja la máquina en vacío, al no existir reacción de inducido, es decir, se tiene F_i=0, la f.m.m Fe se convierte en excitación resultante F_e = F_r y el flujo en el entrehierro aumenta colocándose en fase con F_e y se determinará la curva de vacío de la máquina síncrona. El proceso anterior constituyo el método general para calcular la f.m.m necesaria en la excitación cuando la máquina suministra una corriente I a una tensión V determinada.
Se define regulación de tensión de una máquina síncrona al cociente:
å = [(E₀-V)/V]·100%, que expresa el cambio en la tensión de bornes del generador de vacío a plena carga para una determinada excitación en los polos. Con cargas resistivas y sobre todo con cargas inductivas, debido al efecto desmagnetizante de la f.m.m del inducido, resulta una disminución de la tensión conforme crece la corriente de salida, lo que conduce a valores de la regulación positivos. Para cargas capacitivas, al tener la f.m.m del inducido un efecto magnetizante, la tensión en carga es superior a la de vacío, lo que conduce a un valor de la regulación negativo.

Análisis lineal de la máquina síncrona: el circuito equivalente
Generalidades
En el comportamiento de la máquina síncrona es necesario tener en cuenta el efecto de la reacción de inducido, lo que requiere el uso simultáneo de magnitudes eléctricas: f.e.m, tensión y corriente, xon magnitudes magnéticas: f.m.m.s y flujo. Este procedimiento de análisis se denomina método general y reproduce fielmente los fenómenos físicos implicados, pero tiene el inconveniente de que al manejar dos tipos de magnitudes no queda más remedio que recurrir al uso de diagramas fasoriales.

Método de Behn-Eschenburg. Impedancia síncrona
Este método se aplica a máquinas con rotor cilíndrico que trabajan en régimen lineal, lo que significa que los flujos son proporcionales a las f.m.m.s y en consecuencia puede utilizarse el principio de superposición. La ventaja de este método es que permite obtener un circuito eléctrico equivalente de la máquina síncrona, con las ventajas analíticas que supone. Se sabe que en realidad existe un flujo único en el entrehierro de la máquina síncrona que es producido por la acción conjunta de las f.m.m.s de excitación F_e y de reacción F_i. Sin embargo, resulta más cómodo considerar que cada f.m.m produce un flujo independiente que crea a su vez su correspondiente f.e.m inducida. De esta forma se trabaja únicamente con f.e.m.s y magnitudes eléctricas, dejando a un lado las magnéticas. Esta idea implica tres flujos:
a)El flujo de dispersión Ö_ó, que da lugar a una caída de tensión en la reactancia del mismo nombre X_ó: +jX_óI, es decir, la caída de tensión producida por la reactancia de dispersión se adelanta 90º respecto a la corriente del inducido.
b)El flujo de excitación Ö_e, que es el causante de la f.e.m producida en vacío E0.
c)El flujo de reacción de inducido Ö_i, que da lugar a una f.e.m E_p retrasada 90º respecto del flujo.
Finalmente, con el nuevo diagrama fasorial se llega a la expresión final: E₀=V+RI+jX_óI+jX_pI, lo que indica que la f.e.m inducida de vacío E₀, debida a la f.m.m de excitación Fe, se puede considerar como la resultante de añadir a la tensión V en bornes de la máquina las caídas de tensión por resistencia:RI

Características de vacío y cortocircuito de la máquina síncrona. Determinación de la impedancia síncrona
Para estudiar el comportamiento de esta máquina será necesario determinar los parámetros que se incluyen en este circuito: E₀ y Z_s. El valor de E₀ se podrá determinar mediante un ensayo de vacío:
Vacío: I = 0 => E₀ = V (vacío)
Es decir, la f.e.m E₀ es la tensión en los terminales de la máquina cuando es nula la corriente del inducido. Finalmente se llegará a la característica de vacío: E₀ = f(I_e) que es una curva.
El cálculo de la impedancia síncrona Z_s requiere el ensayo de cortocircuito:
Cortocircuito: V = 0 => E0 = (R+jX_s)·I_corto = Z_s·I_corto
De donde resulta el valor modular de la impedancia síncrona Z_s = E₀/I_corto, es decir, la impedancia síncrona es el cociente entre la tensión y la corriente de corocircuito. Tras haber realizado las medidas…. La curva que representa I_cc= ö(I_e) se denomina característica de cortocircuito y es prácticamente una línea recta, debido a que en estas condiciones el circuito magnético no está saturado porque tanto la excitación resultante como el flujo son de un valor bajo.
Para excitaciones pequeñas la impedancia síncrona Z_s es constante, ya que la característica de vacío coincide con la recta del entrehierro y da lugar a la denominada impedancia síncrona no saturada: Z_s(nosaturada) = Od/O´e
En las diferentes normas e instrucciones propuestas por las comisiones electrotécnicas de los diferentes países se acostumbra a tomar la denominada impedancia sícrona saturada (o ajustada), que consiste en partir de la tensión asignada Od, a la que corresponde una corriente de excitación Ob y que produciría una corriente en el inducido O´f: Z_s(saturada) = Z_s = Od/O´f.
Finalmente y tras varias operaciones se podrá llegar a la ecuación que nos indica que la relación de cortocircuito es la inversa de la impedancia síncrona saturada expresada en valores por unidad: 1/Z_s(p.u) = O´f/O´g = Ob/Oc = SRC(relación de cortocircuito).

Análisis no lineal de la máquina síncrona: Metodo de Potier o del f.d.p nulo. Cálculo de la regulación
El método Potier se aplica a las máquinas síncronas de rotor cilíndrico que trabajan en la zona de saturación. En estas máquinas saturadas la aplicación del método de Behn-Eschenburg conduce a errores apreciables, ya que las f.e.m.s no son ahora proporcionales a las f.m.m.s debido a la no linealidad de la zona del circuito magnético en que trabaja.
El método de Portier determina el valor de la caída en la reactancia de dispersión X_óI y la f.m.m que produce la reacción de inducido, de tal forma que el cálculo de la regulación se basa en la construcción fasorial general. Para calcular la regulación por el metodo de Potier es preciso conocer la curva de vacío y además es necesario realizar un ensayo con caga inductiva pura, representando en un gráfico la curva tensión de salida respecto a la f.m.m de excitación, para una corriente de inducido constante e igual a la intensidad asignada. Mediante el triángulo de Potier se determinarán los puntos de la característica reactiva. Además la reactancia de Potier es algo superior a X_ó.

Funcionamiento de un alternador en una red aislada
El comportamiento de un generador síncrono bajo carga varía fuertemente dependiendo del factor de potencia de la carga y de si el generador funciona solo o en paralelo con otros alternadores. Primero estudiamos el análisis del comportamiento de la máquina funcionando de manera aislada. Hay dos controles importantes: por un lado el regulador de tensión, que se incorpora en la excitatriz y que al variar la corriente de campo del generador permite controlar la tensión de salida; y por otro lado el motor primario que mueve el alternador, que lleva un regulador de velocidad que actúa sobre la entrada de agua, permitiendo con ello controlar la velocidad del grupo y por consiguiente su frecuencia.
Si suponemos que la máquina se mueve a velocidad constante, la frecuencia es un parámetro fijo. Al aumentar la carga, aumentará la corriente del inducido y po tanto aumnta la f.m.m de reacción de inducido F_i, lo que da lugar a una f.m.m resultante menor F_r, una f.e.m E_r menor y una tensión de salida más baja.
La ecuación que regirá el comportamiento eléctrico de la máquina será: V = E₀ - jX_sI
En definitva, en un alternador que trabaja en una red aislada se tiene:
1.La frecuencia depende enteramente de la velocidad del motor primario que mueve la máquina síncrona.
2.El f.d.p del generador es el f.d.p de la carga.
3.La tensión de salida depende de: a) la velocidad de giro; b) de la corriente de excitación; c) de la corriente de inducido; d) del f.d.p de la carga.

Acoplamiento de un alternador a la red
En el mundo actual es muy rara la existencia de un alternador único que de manera aislada alimente su propia carga; esta situación sólo se presenta en algunas aplicaciones tales como los grupos electrógenos. Es norma general que los alternadores se sitúen en centrales eléctricas al lado de donde se encuentran las fuentes de energía primarias.
Con objeto de aumentar el rendimiento y fiabilidad del sistema, las dioferentes centrales están conectadas entre sí en paralelo, por medio de líneas de transporte y distribución. La red así constituida representa un generador gigantesco en el que prácticamente la tensión y la frecuencia se mantienen constantes.
Por ejemplo, en España la potencia eléctrica toral instalada del conjunto del país es de alrededor de 65000 MW; sin embargo, la potencia unitaria máxima de los alternadores existentes no llega a los 1000 MW. En terminología eléctrica, se dice entonces que se dispone de una red de potencia infinita(tensión y frecuencia constantes) a la cual se conectan los diferentes generadores del país. La conexión en paralelo de un alternador a la red implica una serie de operaciones complejas que constituyen la llamada sincronización de la máquina. Para que tal conexión se realice sin ninguna perturbación se hace necesario que el valor instantáneo de la tensión del generador tenga igual magnitud y fase que el valor instantáneo de la tensión de la red. De esta exigencia se deducen las siguientes condiciones, necesarias para poder acoplar en paralelo un alternador a la red:
1.Las secuencias de fases del alternador y la red deben ser iguales.
2.La tensión del generador debe tener un valor eficaz igual a la tensión de la red y sus fases deben coincidir.
3.Las frecuencias de ambas tensiones deben ser iguales.

Para verificar estas condiciones se emplean en la práctica unos aparatos denominados sincronoscopios, que en el caso más simple están formados por tres lámparas incandescentes. La operación comienza arrancando la máquina por medio del motor primario hasta una velocidad cercana a la de sincronismo: n)60f/p. Se introduce entonces la excitación en el inductor del alternador y se va elevando ésta gradualmente hasta que la tensión en bornes del generador coincida con la tensión de red.
En la práctica, en los grandes alternadores se ha sustituido el sincronoscopio de lámparas por otro de aguja. La posición de la aguja muestra el ángulo de desfase entre las tensiones del generador y de la red. Cuando las frecuencias son iguales la aguja se para y cuando las frecuencias difieren la aguja gira en uno u otro sentido dependiendo de si el generador va más deprisa o más despacio que la red.

Potencia activa y reactiva desarrollada por una máquina síncrona acoplada a una red de potencia infinita
Se considera una máquina síncrona de rotor cilíndrico no saturada en la que se puede depreciar la resistencia del inducido frente a la reactancia síncrona cuya magnitud se supone constante. La potencia activa y reactiva suministrada po la máquina será:
P = 3E₀Vsenä/X_s = P_máx·senä ; Q = 3[(E₀Vcosä-V²)/X_s]
Donde el ángulo ä se denomina ángulo de potencia y también ángulo de carga. La potencia activa máxima vale: P_máx = 3E₀V/X_s
Si ä>0, la potencia activa desarrollada por la máquina es positiva y corresponde al funcionamiento como generador síncrono o alternador. Si ä<0, la potencia activa es negativa, es decir, la máquina recibe potencia activa de la red y por ello trabaja como motor síncrono entregando potencia mecánica en el eje.
Si E0cosä>V, la máquina síncrona entrega potencia reactiva inductiva a la redm o lo que es lo mismo, la máquina recibe potencia capacitiva de la red. Se dice entonces aue la máquina está sobreexcitada. En el caso de que se cumpla la desigualdad E0cosä<V, la potencia reactiva suministrada por el generador es negativa, es decir, capacitiva, o de un modo equivalente, la máquina recibe potencia inductiva de la red. Se dice entonces que el generador funciona subexcitado.

Funcionamiento de una máquina síncrona conectada a una red de potencia infinita
Cuando se conecta un alternador a una red de potencia infinita, pasa a formar parte de un sistema que comprende a centenares de otros alternadores que alimentan entre todos a millones de cargas. A diferencia de un generador trabajando en una red aislada, en el que la carga está bien especificada, ahora es imposible saber la naturaleza de la carga (grande o pequeña, resistiva o inductiva) conectada a los bornes de un alternador específico. Se sabe que en el grupo se dispone de dos controles: a) el sistema de regulación de tensión del alternador que controla la corriente de excitación y que en el caso del generador aislado se utilizaba para regular la tensión de salida, y b) el sistema de regulación de velocidad del motor primario que se utilizaba en el generador aislado para controlar la frecuencia.
Ahora bien, la red a la cual se ha conectado el alternador es de potencia infinita, lo cual indica que la frecuencia y la tensión son constantes y están impuestas por esta red.

Efecto de la variación de la intensidad de excitación
Para acoplar esta máquina a la red habrá que producir una f.e.m E₀ de igual magnitud y fase que la tensión V de la red. E₀ y V, son idénticos y por tanto no habrá corriente de circulación por el inducido del alternador. Aunque el alternador ha quedado conectado a la red, no suministra (ni recibe) potencia alguna: se dice entonces que trabaja en modo flotante. Si ahora se aumenta la corriente de excitación, aumentará la f.e.m inducida E₀, que al ser superior a la tensión de la red provocará una corriente de circulación por el inducido: I = (E₀-V)/jX_s = E_x/jX_s, la corriente se retrasa respecto a la diferencia de tensión E_x un ángulo de 90º.

Efectos de la variación del par mecánico (regulador de velocidad)
La potencia activa suministrada por una máquina síncrona conectada a una red de potencia infinita procede de la potencia mecánica suministrada por la turbina, la cual depende a su vez de la entrada de agua (o vapor en el caso de las centrales termoeléctricas) a la misma, que viene gobernada por la posición de regulador de velocidad. Si se considera como situación de partida un nuevo modo flotante y se abre la admisión de agua a la turbina, el rotor se acelerará lo que provocará que la f.e.m generada se adelante a la tensión de la red en un ángulo ä. La potencia eléctrica cedida por el generador a la red será: P = 3E0Vsenä/Xs, que es función del ángulo de potencia ä, lo que indica que si la excitación permanece constante, es decir, se mantiene fija la f.e.m E0, a medida que aumenta la potencia activa, crece el desfase ä entre V y E0. En definitiva, se puede decir que la variación del regulador de velocidad de la turbina provoca un cambio en la potencia activa que entrega la máquina, que se ve reflejada físicamente como una modificación en el ángulo ä que forma la f.e.m E0 con la tensión V.
Para una determinada excitación, la potencia activa será máxima para ä=pi/2, que corresponde al límite de capacidad de sobrecarga estática o límite de estabilidad estática del alternador. Un aumento posterior en la entrada de la máquina motriz (turbina) hace que la potencia activa disminuya y el exceso de potencia se convierte en par de aceleración que provoca un aumento de velocidad en el generador, saliéndose del sincronismo.
Si la máquina recibe potencia activa de la red y una parte imaginaria positiva, lo que significa que entrega potencia reactiva inductiva a la red o de otro modo, que recibe potencia capacitiva de la red, se dice que la máquina está sobreexcitada.

Motor síncrono. Características y aplicaciones
La máquina síncrona puede pasar del funcionamiento como generador al trabajo como motor desconectando el motor primario de arranque, ejerciendo entonces un par útil en el eje transformando la energía eléctrica absorbida de la red en energía mecánica de rotación. La velocidad de giro del motor viene expresada por la relación: n = 60f/p que es la de sincronismo de la red.
El motor síncrono presenta el grave inconveniente de que el par conserva un sentido único solamente cuando la máquina se halla ya sincronizada, es decir, cuando el rotor gira a la misma velocidad que el campo del inducido. Si el rotor está en reposo o gira a otra velocidad diferente a la del sincronismo, el par medio que desarrolla al conectarlo a la red es nulo.
En los motores síncronos que pueden arrancar en vacío, la puesta en marcha se realiza por medio de un motor auxiliar, generalmente asíncrono con igual número de polos que el motor principal, de tal forma que se consigue una velocidad de rotación casi síncrona y la conexión a la red se realiza empleando equipos de sincronización al igual que se hacía en el acoplamiento de un alternador a la red. También se pueden emplear para este fin motores de c.c, debido a su ventaja de regulación de velocidad, o motores asíncronos con un par de polos menos que el motor síncrono.
Otro procedimiento más práctico para la puesta en marcha de estos motores consiste en su arranque como asíncronos. Para este fin es necesario colocar un arrollamiento en jaula de ardilla sobre los polos de la máquina. Para efectuar el arranque asíncrono el devanado de la excitación debe estar cerrado sobre una resistencia óhmica cuya magnitud sea 10-15 veces superior a la propia. Este proceso constituye la llamada autosincronización del motor. Finalizada la operación de arranque del motor síncrono, se podrá ya regular su corriente de excitación para que la máquina trabaje en régimen de subexcitación o sobreexcitación con el fin de regular su f.d.p.; de esta forma esta máquina puede cumplir la doble misión de arrastrar una carga mecánica y compensar la corriente reactiva de la red.
Generalmente, la jaula de ardilla colocada en estos motores y que aquí se utiliza para producir un arranque asíncrono, se coloca también en los generadores y recibe el nombre de devanado amortiguador, ya que reduce las oscilaciones que se producen en los procesos transitorios de las máquinas síncronas: acoplamiento a la red, variaciones bruscas de carga eléctrica o mecánica, etc. El efecto de estos devanados amortiguadores en régimen permanente es nulo, ya que al girar la máquina a la velocidad de sincronismo no se inducen corrientes en los mismos.
El motor síncrono puede utilizarse para mover cargas mecánicas. En su versión de potencias inferiores a 1 CV no utilizan c.c para la excitación y su funcionamiento se basa en la variación de reluctancia del rotor (motores de reluctancia). También se emplean motores síncronos de histéresis que se emplean para impulsar relojes el.ectricos y otros aparatos medidores de tiempo.
Para grandes potencias, una de las mayores ventajas de este motor frente al asíncrono es la posibilidad de regular el f.d.p.