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Facultad de Electrotecnia Y Computación
Maquinas Eléctricas 2
Aspectos Constructivos y Funcionamiento de la Maquina Síncrona
Por: Hanner Mora
Una maquina sincrónica es una máquina de C.A cuya velocidad en condiciones normales es
proporcional a la frecuencia de la corriente en su armadura. El flujo de la maquina síncrona
es producido por C.D, que es aplicada al devanado de campo a través de escobillas de
carbón, que descansan sobre anillos deslizantes o anillos colectores. Al igual que en el
motor de inducción, la parte estacionaria de la maquina síncrona es el estator, donde se
ubica el devanado de armadura y la parte giratoria es el rotor, donde se ubica el devanado
de campo.
En general, la maquina síncrona esta constituida por dos devanados independientes:
1. Un devanado de campo(inducido), construido en forma de arrollamiento
concentrado o bien distribuido en ranuras, alimentado por C.D, que da lugar a los
polos de la maquina.
Despiece de una Máquina Síncrona
2. Un devanado de armadura distribuido formando un arrollamiento trifásico
recorrido por C.A.
En maquinas con potencias inferiores a los 10 kVA, el devanado de campo se ubica en el
estator, en forma concentrada, sobre polos salientes, de manera que el devanado de
armadura se encuentre en el rotor, formando tres fases, las cuales tienen salida al exterior
por medio de anillos deslizantes.
En maquinas sincronas con potencias de 1,000 – 1,500 MVA (Alternadores), el devanado
de campo esta en el rotor y el devanado de armadura en el estator, de tal forma que los
polos se ubiquen en el rotor; el cual según su estructura puede ser rotor de polos salientes o
rotor cilindrico. En el rotor de polos salientes, los devanados de los polos son concentrados;
y en el rotor cilindrico el devanado esta distribuido en ranuras.
La razon para que algunas maquinas sincronas (generadores) tengan estructuras de rotor
con polos salientes y otros tengan rotores cilindricos se entiende mejor con la ecuacion:
El S.I.N trabaja a 60 Hz (60 c/s = 3800 cpm), el rotor de
polos salientes es caracteristico de generadores hidroelectricos debido a que el
primotor(turbina hidraulica) trabaja a velocidades relativamente bajas y tienen un mayor
numero de polos para producir la frecuencia deseada. Por otra parte las turbinas de vapor y
de gas trabajan a velocidades mayores, y los generadores impulsados por este tipo de
turbina son comunmente de 2 o 4 polos de rotor cilindrico.
La maquina sincrona puede funcionar tanto como generador como motor dependiendo de la
configuracion que se utlilice.
Motor Sincrono
El motor sincronico convierte potencia electrica en mecanica, su construccion es igual que
la de un generador. El estator tiene un devanado monofasico o polifasico identico al del
alternador. El rotor es generalmente de polos salientes. La corriente de campo aplicada al
rotor crea un campo magnetico de estado estable, una tension trifasica aplicada al estator
produce un flujo de corriente trifasica en los embobinados que crea un campo magnetico
rotatorio uniforme, de manera que hay dos campos magneticos y el campo del rotor tendera
a alinearse con el campo del estator.
Rotor de Polos Salientes Rotor Cilíndrico
Campos Magnéticos Motor Síncrono
Un atenuante que presenta el motor síncrono es que no arranca por si mismo, es decir, no
arranca sin un devanado amortiguador que de igual manera resuelve el problema de
oscilaciones cuando tiene cargas que están sometidas a variaciones bruscas o cargas no
uniformes durante un ciclo de revolución. Se usa el devanado amortiguador debido a que el
par motor conserva un sentido único solamente cuando la maquina se halla ya sincronizada,
es decir, cuando el rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético del estator.
El devanado amortiguador consta de barras de cobre homogéneo alojadas en la superficie
en la cara del polo y cortocircuitadas en cada extremo.
Es quema de funcionamiento Motor Síncrono
Polo Máquina Síncrona
Corte Motor Sincrónico. Con el excitador
en el extremo izquierdo.
Generador Síncrono
El generador sincrónico es una máquina de C.A que convierte energía mecánica en
eléctrica. Se le aplica C.D al embobinado del rotor, el cual a su vez es impulsado por un
Primotor, produciendo así un campo magnético rotatorio dentro de la maquina; dicho
campo magnético induce un sistema trifásico de voltajes a los embobinados del estator de la
maquina.
El Primotor puede ser una turbina hidráulica (pelton, francis o kaplan dependiendo del
salto), en caso de un generador hidroeléctrico, turbina de vapor o de gas; motores de
combustión interna para generadores térmicos, o rotores con palas de hasta 80 metros de
diámetro acoplados a un sistema de engranajes en caso de aerogeneradores.
Existen dos métodos para suministrar el flujo de C.D al circuito de campo del rotor:
1. Mediante una fuente externa de C.D, por medio de anillos rozantes y escobillas.
2. Mediante una fuente de C.D especial, montada en el eje del generador sincrónico.
Es quema de Funcionamiento del Generador Sincrónico
Principio de Funcionamiento del Generador Sincronico
La excitatriz alimenta con C.D al devanado de campo
El rotor crea un campo magnetico BR constante
El rotor gira a n rpm impulsado por el primotor
El campo magnetico BR gira a la misma velocidad que el
rotor
El campo magnetico BR
induce tensiones en el estator con frecuencia
fe=n*p/120
Circula unacorriente I por el estator al conectar una
carga
Crea uncampo magnetico giratorio en el estator BE
(reaccion de armadura)
Campo magnetico resultante (BR+BE)
La tension en bornes del generador es distinta a la tension inducida en el estator debido a las resistencias de los
devanados y reactancia sincrona
