Maquinas

MAQUINAS

MOTORES SÍNCRONO TRIFÁSICOS:

Son un tipo de motor de corriente alterna en el que la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación; el período de rotación es exactamente igual a un número entero de ciclos de CA. Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado y por el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo". Este tipo de motor contiene electro magnetos en el estator del motor que crean un campo magnético que rota en el tiempo a esta velocidad de sincronismo.

La expresión matemática que relaciona la velocidad de la máquina con los parámetros mencionados es:

Dónde:

• f: Frecuencia de la red a la que está conectada la máquina (Hz)

• P: Número de pares de polos que tiene la máquina

• p: Número de polos que tiene la máquina

• n: Velocidad de sincronismo de la máquina (revoluciones por minuto)

Su ventaja es que giran a una velocidad constante para diferentes regímenes de carga, siempre que se mantenga constante la frecuencia de alimentación. Pero el inconveniente que poseen es que para arrancar necesitan dispositivos auxiliares de arranque. Su constitución es igual a la de un alternador trifásico. Al aplicar C.A. al devanado situado en el estator, se produce un campo magnético giratorio que gira a velocidad síncrona. Pero para que las piezas polares del rotor lleguen a girar a la velocidad de sincronismo y pueda funcionar el motor, necesitan ser empujadas.

Aspectos constructivos

La máquina síncrona es una máquina reversible ya que se puede utilizar como generador de corriente alterna o como motor síncrono. Está constituido por dos devanados independientes:

a) Un devanado inductor, construido en forma de arrollamiento concentrado o distribuido en ranuras, alimentado por corriente continua, que da lugar a los polos de la máquina y que se coloca en el rotor.

b) Un devanado inducido distribuido formando un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna ubicado en el estator que está construido de un material ferromagnético, generalmente de chapas de acero al silicio.

La estructura del rotor puede ser en forma de polos salientes o de polos lisos como se ve en la figura 1 si el motor tuviese solo un par de polos.

Principio de funcionamiento:

Si a un alternador trifásico se le retira la máquina motriz y se alimenta su estator mediante un sistema trifásico de corriente alterna se genera en el estator un campo magnético giratorio, cuya velocidad sabemos que es N = 60 f/p donde f es la frecuencia de la red, y p es el número de pares de polos del rotor. Si en estas circunstancias, con el rotor parado, se alimenta el devanado del mismo con corriente continua se produce un campo magnético rotórico fijo, delante del cual pasa el campo magnético del estator. Los polos del rotor están sometidos ahora a atracciones y repulsiones en breves periodos de tiempo, por parte de los polos del estator pero el rotor no consigue girar, a lo sumo vibrará.

Al llevar el rotor a la velocidad de sincronismo, haciéndolo girar mediante un motor auxiliar, al enfrentarse polos de signo opuestos se establece un enganche magnético que les obliga a seguir girando juntos, pudiendo ahora retirar el motor auxiliar. Este enganche magnético se produce ya que el campo giratorio estatórico arrastra por atracción magnética al rotor en el mismo sentido y velocidad.

figura 2: principio de funcionamiento del motor síncrono

Curvas características

Como se sabe, la velocidad de este tipo de motores es constante desde vacío hasta el par máximo que el motor puede suministrar que cuyo valor es:

m sv X U E ωτ 3 max = realizar la formula

Esto indica que mientras más grande sea la corriente de excitación (y por lo tanto Ev), más grande será el par máximo del motor.

Si se fija una carga al eje de un motor síncrono, el motor desarrollará suficiente par como para mantener el motor y su carga a velocidad síncrona. Al incrementar la carga en el eje, se mantendrá la velocidad pero aumentará el ángulo δ. El voltaje interno generado Ev es igual a KωΦ y por tanto sólo depende de la corriente de excitación en la máquina y de la velocidad de ésta. Por lo tanto, al variar la carga, el valor de Ev se debe mantener constante. Como se puede ver en la figura 6, conforme aumenta la carga, Ev se mueve hacia abajo, se incrementa la corriente de carga y también cambia el factor de potencia (al aumentar la carga cada vez está más en retraso).

figura 6 : efecto de incrementar la carga en la operación de un motor síncrono que opera con un factor de potencia en adelanto.

Si ahora se mantiene la carga en el eje constante pero aumentamos la corriente de excitación, vemos que aumenta el valor de Ev, pero no afecta la potencia real suministrada por el motor (figura 7). La potencia suministrada por el motor solo varía cuando cambia el par en la carga del eje.

figura 7 : efecto de incrementar la corriente de excitación de un motor síncrono que opera con un factor de potencia en retraso

En base a los resultados anteriores, se hace un estudio de la relación entre la corriente del inducido I y la corriente de campo o de excitación (Iex). En la figura 7 se observa que al crecer la excitación (y en consecuencia Ev), la corriente de carga comienza a disminuir, se hace mínima para cosφ=1, y vuelve a aumentar cuando se hace capacitivo. Esta ley de variación se puede reproducir para diferentes estados de carga (plena carga, media carga o un cuarto de carga) para obtener las curvas en V del motor síncrono.

figura 8 : curvas en V de un motor síncrono

Para bajos valores de excitación, la máquina es inductiva y consume potencia reactiva Q. Para cosφ=1, la corriente es mínima, por lo que los mínimos en cada estado de carga determinan la curva de cosφ=1. Estos puntos se encuentran desplazados hacia la derecha porque a mayor carga más reacción de inducido, por lo que es necesario aumentar la excitación. Para valores grandes de excitación la máquina es capacitiva y suministra potencia reactiva al sistema. Es importante destacar que al controlar

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