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Las máquinas eléctricas funcionan bajo los mismos principios: Ley de inducción de Faraday Ley de Lenz Ley de Biot-Savart Leyes de Kirchhoff ¿Qué enuncia cada una de estas leyes?

Máquinas Síncronas

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Introduccion

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  • Las mquinas elctricas funcionan bajo los mismos principios:

    Ley de induccin de Faraday

    Ley de Lenz

    Ley de Biot-Savart

    Leyes de Kirchhoff

    Qu enuncia cada una de estas leyes?

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 2

    Tipos de mquinas rotatorias

    Existen tres tipos de mquinas rotatorias.

    1. Mquina de conmutacin de corriente continua: se les conoce como

    mquina de c.c. Se distingue por el dispositivo de conmutacin mecnico

    conocido como conmutador. Esta mquina puede operar tanto como motor

    y generador. Como motor se utilicen los sistemas de traccin adems de

    aplicaciones en automviles (limpiadores, bandas, carros a control remoto).

    2. Mquina induccin: la aplicacin fundamental de la mquina de induccin

    es como motor. Al motor de induccin se le conoce como el caballo de

    batalla de la industria, aunque tambin es el motor que ms se utiliza en el

    hogar y la oficina. Es sencillo y resistente por lo cual es durable. Puede

    operar a muy alta velocidad.

    El motor de induccin es el ms comn de los motores, est constituido por

    un estator y un rotor montado en cojinetes y separados; estator y rotor; por

    un entre-hierro. El estator est formado por un ncleo constituido por

    oradaciones (o laminaciones) que llevan conductores alojados en ranuras.

    Los conductores se interconectan para formar los devanados. S se

    suministra corriente alterna a los devanados del estator, se inducen

    corrientes a los devanados del rotor el cual es cilndrico y porta ya sea:

    Barras conductoras cortocircuitadas en ambos extremos (jaula de ardilla).

    Devanado polifsico (trifsico generalmente) con terminales conectadas

    a anillos colectores para conexiones externas.

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 3

    Rotor devanado Rotor jaula de ardilla

    El devanado del rotor formado por bobinas en semejante al del estator. A la

    mquina tipo jaula se le conoce como mquinas sin escobillas y a la de

    rotor devanado se le llama mquina de anillos colectores.

    El motor de induccin con rotor devanado tiene su aplicacin donde se

    requiera alto torque de arranque y control de velocidad.

    3. Mquina sncrona: posee quizs la configuracin ms diversificada, siendo

    difcil con frecuencia, identificar las diferentes variaciones que puede

    adoptar. El trmino sncrono se refiere a la relacin que existe entre la

    velocidad y la frecuencia en esta mquina y se expresa como:

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 4

    n=Velocidad (rpm)

    f=frecuencia (Hz)

    P=nmero de polos

    La mquina sncrona funcionando como motor opera a una sola velocidad a

    diferencia del motor de induccin (llamado a menudo asncrono) que gira a

    velocidades menores a la sncrona. Cuando la mquina sncrona funciona

    como generador la frecuencia del voltaje que genera depende de la

    velocidad. La aplicacin ms comn de la mquina sncrona es como

    generador.

    Defasamiento de 120

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 5

    Mquina sncronas

    Cuestionario

    1. Cul es principal aplicacin de la mquina sncrona?

    2. Cundo la mquina sncrona se le llama condensador sncrono?

    3. Cules son las partes fundamentales de la mquina sncrona?

    4. Cmo puede ser el rotor de la mquina sncrona?

    5. Cmo se obtienen los polos de la mquina sncrona, y donde se localizan generalmente?

    6. Cmo se clasifican los generadores sncronos?

    7. Cules son las dos maneras de que el generador produzca o genere voltaje?

    8. Dnde se localiza generalmente el devanado de armadura en la mquina sncrona?

    9. Cul es la frmula del voltaje generado por el generador sncrono y que leyes se aplican

    para obtenerla?

    10. Por qu se le llama mquina sncrona?

    Las mquinas sncronas se encuentran entre los tres tipos ms comunes de mquinas elctricas

    (adems de la mquina de corriente continua y el motor de induccin).

    La mquina sncrona puede operar como motor y como generador, aunque debido a que muy

    pocos impulsores industriales funcionan a velocidad fija, rara vez se encuentran a las mquinas

    sncronas operando como motor de impulsin, en cambio, la mayora de la energa elctrica se

    obtiene por medio de generadores sncronos trifsicos

    En algunos casos, se dice que el motor sncrono sobre excitado (mayor corriente en el campo que

    la nominal), con o sin carga funciona como un condensador y se emplea entonces para hacer

    correccin del factor de potencia, recibiendo el nombre de CONDENSADOR SNCRONO.

    La mayora de la energa utilizada diariamente, se obtiene a partir de un generador sncrono

    polifsico, por lo cual, sta es la mayor aplicacin de la mquina sncrona.

    Las partes fundamentales de la mquina sncronas son:

    1. Estructura del campo magntico (rotor): formado por un devanado excitado por medio de

    corriente directa y que se conecta a la fuente externa por medio de anillos conectores.

    2. Armadura (estator): frecuentemente cuenta con un devanado trifsico en el cual se induce

    la fuerza electromotriz (fem) alterna.

    El estator de la mquina sncrona, consiste en un bastidor del estator, un ncleo ranurado del

    estator que proporciona una trayectoria de baja reluctancia al flujo magntico y un devanado

    trifsico alojado en las ranuras del ncleo.

    El rotor puede ser cilndrico (liso) y estar equipado con un devanado distribuido o bien ser de

    polos salientes con una bobina alojada en cada pierna. Los rotores de construccin cilndrica se

    emplean en los turbogeneradores los cuales operan a altas velocidades y los de polos salientes se

    emplean en generadores con velocidades bajas (1800 o menos).

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 6

    Mquina sncrona con rotor de polos

    salientes (2).

    Mquinas sncronas con rotor de 4 polos salientes.

    Mquina sncrona con rotor de 8 polos

    salientes

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 7

    Mquina sncrona con rotor cilndrico o liso (solo dos polos).

    Maquina con los polos ubicados en el estator y el devanado de armadura en el rotor

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 8

    En la mquina sncrona generalmente, el campo se localiza en el rotor y la armadura en el estator.

    Cuando la mquina sncrona opera como generador recibe energa mecnica de un motor primario

    (turbina de vapor, motor de combustin interna, etc.) que lo impulsa a una velocidad fija, adems de

    energizar el devanado del rotor con corriente continua.

    Al girar el rotor y fluyendo por su devanado una corriente directa, se induce en los devanados del

    estator un voltaje alterno que al conectarle carga entrega energa elctrica. La mquina sncrona tiene

    longitud de entre-hierro mayor que la mquina de induccin, son ms caros y menos robustos en

    potencias pequeas porque el rotor debe estar equipado con anillos deslizantes y escobillas para

    poder suministrar la corriente directa a los devanados de campo.

    El generador sncrono tiene un uso universal en la industria de la energa elctrica, ya que la gran

    cantidad de la energa elctrica se obtiene a travs de generadores sncronos.

    Los generadores sncronos se clasifican en dos tipos:

    1. Baja velocidad: son impulsados por motores de combustin interna o corrientes de agua y

    se caracterizan por tener el rotor de polo salientes, un gran dimetro y una corta longitud

    axial.

    2. Turbogeneradores (alta velocidad): se utiliza una turbina de vapor como motor primario y el

    rotor es cilndrico o liso, pues las protuberancias de los rotores de polos salientes originaran

    esfuerzos mecnicos elevados y riesgosos.

    Mquinas elctricas y sistemas de potencia By Thodore Wildi

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  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 10

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 11

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 12

    http://books.google.com.mx/books?id=ehxKXip1j6EC&pg=PA356&lpg=PA356&dq=pruebas+de+corto

    +circuito+y+circuito+abierto+a+la+maquina+sincrona&source=bl&ots=5SijqbifIj&sig=4mk8RUmcJzGJ

    dmCVXV_8Ld4ljfs&hl=en&sa=X&ei=YRZJUe_kGaaniQK8noG4CQ&sqi=2&ved=0CDkQ6AEwAg#v=o

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    %20sincrona&f=false

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 13

    El voltaje que se induce en la armadura de una mquina sncrona se obtiene a partir de la ley de

    induccin de Faraday.

    Por lo cual se debe contar con un campo magntico variable en el tiempo. En las mquinas rotatorias

    esto se logra de 2 maneras:

    Se hace girar mecnicamente la bobina a travs de un campo magntico.

    Se hace girar en forma mecnica el campo magntico.

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 14

    FRECUENCIA

    Para determinar la frecuencia de la onda generada, se hace la siguiente consideracin: Un conductor que se desplaza de la posicin (1) a la posicin (2) al pasar bajo un par de polos genera: 1 ciclo Cuando da una vuelta, genera: p ciclos Girando a n vueltas / min., generar: p. n ciclos / min. En segundos ser: p.n/60 ciclos/seg= frecuencia en HZ por lo tanto: f = p.n/60

    Al grupo de bobinas interconectadas de modo que sus voltajes contribuyen al resultado deseado

    se les llama devanado de armadura y sus conductores son paralelos al eje de la mquina y estn

    conectados en serie mediante conexiones en sus extremos. Con raras excepciones, el devanado

    de armadura en una mquina sncrona aparece en el estator y el devanado de campo en el rotor.

    Para reducir las prdidas por corrientes parsitas que se inducen en el hierro de la armadura este

    se constituye por laminaciones delgadas (igual que ncleo de transformadores). Con pocas

    excepciones los generadores sncronos son mquinas trifsicas y para producir un conjunto de 3

    voltajes desfasados 120 elctricos se utilizan como mnimo 3 bobinas desplazadas 120.

    En una mquina elemental de cuatro polos se debe de emplear un mnimo de dos conjuntos de

    bobinas y en general en una mquina de P polos se deben emplear P/2 conjuntos de bobinas.

    Las tres fases se pueden conectar en estrella o en delta.

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 15

    Mquina de dos polos con un grupo de tres

    bobinas.

    Mquina de cuatro polos con dos grupos de

    tres bobinas.

    En general se deben tener P/2 grupos de tres bobinas en la mquina sncrona.

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 16

    Cuando el rotor gira el encadenamiento de flujo vara de acuerdo al ngulo que existe entre los

    ejes magnticos de la bobina del estator y del rotor. Con el rotor girando a una velocidad angular

    constante el flujo est dado por:

    Y el encadenamiento de flujo est dado por:

    El voltaje inducido esta dado por

    El valor eficaz es:

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 17

    Y como:

    Por lo que se observa que si nmero de polos (P) y nmero de vueltas (N) son constantes, el

    voltaje generado o inducido depende del flujo mximo y de la velocidad

    Esta expresin para el voltaje generado es similar a la obtenida para el voltaje inducido en el

    transformador

    La expresin del voltaje eficaz generado considera que todos los devanados son de paso completo

    y concentrado debido a que los dos lados de la bobina estn separados 180 elctricos y que todas

    las vueltas estn alojadas en un par de ranuras.

    En las mquinas reales cada fase est distribuida en varias ranuras con la finalidad de aprovechar

    de manera ms efectiva el hierro y mejorar la forma de onda. Para los devanados distribuidos se

    debe aplicar un factor de correccin Kw debido a que las fuerzas electromotrices inducidas en las

    bobinas individuales no estn en fase y la suma fasorial es menor que la numrica. Para la

    mayora de los devanados est entre 0.85 y 0.95 quedando entonces la expresin para el voltaje

    eficaz como:

    El voltaje en la bobina cumple un ciclo completo por cada resolucin de la mquina de dos polos,

    su frecuencia en Hz, es igual a las rps que gire la mquina, es decir, la frecuencia elctrica est

    sincronizada con la velocidad mecnica, de aqu el nombre de MAQUINA SNCRONA, por lo tanto

    una mquina sncrona de dos polos debe girar a 3600 rpm para producir un voltaje de 60Hz.

    La frecuencia en Hz de la seal elctrica inducida en una mquina sncrona de cuatro polos ser

    igual al doble de la velocidad en rps. Si una mquina tiene ms de dos polos es conveniente

    expresar los ngulos en grados elctricos o radianes elctricos.

    Y la frecuencia:

    El uso importante de la mquina sncrona es en la generacin de potencia trifsica de corriente

    alterna y se encuentra principalmente en:

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 18

    Generador automotriz

    Plantas emergencia

    Generador de turbina hidrulica

    Turbo generador

    En las mquinas de alta velocidad los motores se disean en forma cilndrica o redonda, con el fin

    de minimizar las prdidas en los devanados adems de evitar los esfuerzos mecnicos riesgosos

    que presentan los rotores con polos salientes. Las mquinas sncronas en aplicaciones con turbina

    hidrulica o generadores de emergencia, el generalmente operan a velocidades ms bajas que las

    de los turbogeneradores por lo que las fuerzas centrfugas y las prdidas en los devanados no son

    una preocupacin importante, lo que permite usar rotores con polos salientes. El arreglo

    concentrado del devanado de campo en el rotor de polos salientes origina que la construccin sea

    ms econmica.

    Circuito equivalente de la mquina sncrona

    En una mquina sncrona trifsica balanceada todos los devanados del estator tienen nmero

    idntico de vueltas, valores idnticos de inductancia de fuga por fase y autoinductancias tambin

    idnticas, por lo tanto solamente necesita determinarse el circuito equivalente de un devanado de

    fase.

    Despus del anlisis del circuito magntico que se forma en la mquina sncrona el circuito

    equivalente que se obtiene por fase es el mostrado:

    X: Reactancia de magnetizacin.

    Xl: Reactancia de fuga, asociada a la componente del flujo de fuga.

    Xs= X+Xl

    Rs: Resistencia sncrona

    X Xl Rs

    Ef Er Van

    Ia

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 19

    La reactancia de magnetizacin est asociada con el flujo establecido por los devanados del

    estator que atraviesan todo el circuito magntico de la mquina.

    La ecuacin del circuito equivalente de la mquina es:

    Por lo que el voltaje en terminales est dada por:

    El mismo circuito equivalente se puede aplicar para el caso del motor.

    Parmetros del circuito equivalente a partir de los datos de prueba

    Rs se determina a partir de la prueba de cd, que consiste en aplicar un voltaje de cd a dos de los

    devanados del estator

    Al valor de Rs se le debe incrementar del 3 al 5 % para obtener el valor de la resistencia en ca para

    utilizarse en el anlisis del circuito equivalente

    Con el valor de Rs determinado se aplican las pruebas de circuito abierto y corto circuito

    Copias libro maquinas elctricas Jimmie J. Cathey (435,439)

    Desempeo de la mquina sncrona como generador

    El generador sncrono puede operar de forma:

    Aislada

    Interconectado

    La impedancia por fase del generador aislado o el flujo de potencia real y reactiva en un generador

    interconectado determinan el factor de potencia en las terminales de generador, el cual puede ser

    adelantado o atrasado.

    El diagrama del circuito equivalente del generador es:

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 20

    El diagrama vectorial del circuito equivalente tomando como referencia a Van y considerando f.p.

    atrasado es:

    Diagrama con factor de potencia unitario

    Diagrama con factor de potencia adelantado

    X Xl Rs

    Ef Er Van

    Ia

    Xs

    Ef

    Er

    VanIa Ia

    IaXi

    IaX

    IaXs

    Ef

    Er

    VanIa Ia

    IaXi

    IaX

    IaXs

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 21

    La potencia total convertida de forma mecnica a elctrica para el generador trifsico sncrono, es

    tres veces la potencia que fluye hacia afuera de la fuente Ef del circuito equivalente.

    Entonces:

    La potencia mecnica es igual al torque por la velocidad angular:

    Entonces:

    La expresin para torque cuando Rs=0 est dada por:

    Ef

    Er

    Van

    Ia Ia

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 22

    Regulacin de voltaje

    Una evaluacin cuantitativa de las caractersticas en terminales del generador se conoce como

    regulacin de tensin o cambio porcentual en la magnitud de la tensin en las terminales del

    generador, desde plena carga hasta la condicin de vaco manteniendo una excitacin de campo If

    constante.

    Ejemplo:

    Un generador trifsico a plena carga, entrega un voltaje en terminales de 13800V y en vaco su

    voltaje es 17500V. Determine el porcentaje de regulacin.

    Generador sncrono interconectado

    La red de suministro de energa elctrica es una red de cargas distribuidas y generadores

    sncronos. Un alternador que opera dentro de una red de suministro comnmente representa al 5%

    o menos de la capacidad generada total, por lo tanto, solo puede afectar los valores de la tensin

    en una muy pequea cantidad y no puede aumentar el valor de la frecuencia por lo que los

    generadores interconectados operan bajo una frecuencia y tensin casi constante diferente al

    generador aislado.

    Sincronizacin

    Antes de poner el alternador en servicio con la red de distribucin elctrica deben igualarse su

    tensin en magnitud y frecuencia y secuencia de fases con los valores de la red interconectora.

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 23

    Para que el alternador entrante se conecte a la red en condiciones de transitorio despreciable, se

    requiere que las tres corrientes de lnea sean cero inmediatamente despus del cierre del

    interruptor por lo que:

    Por lo cual se debe satisfacer las siguientes condiciones:

    1. Todas las tensiones son iguales en magnitud.

    2. La frecuencia de la red y alternador sean iguales.

    3. La secuencia de las fases debe ser igual a la del sistema.

    4. Los ngulos de fase de cada par de tensiones deben ser idnticas.

    Las tres lmparas conectadas sirven para indicar que las cuatro condiciones anteriores se

    cumplan.

    Una lmpara no se apagar completamente si las magnitudes de voltaje no son iguales.

    Una lmpara se encender y apagar si la frecuencia del alternador y red no son iguales.

    Una leve diferencia de frecuencia har que las lmparas parpadeen simultneamente si la

    secuencia de fases es igual y parpadearn secuencialmente si la secuencia de fases no es

    igual.

    Si existe una diferencia de fases entre cada par de tensiones de igual frecuencia, igual

    magnitud de tensin e igual secuencia de fase cada lmpara ser iluminada

    constantemente.

    Por lo anterior la condicin obvia para el cierre apropiado de los interruptores es cuando todas las

    lmparas estn apagadas.

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 24

    Motor sncrono

    Los motores sncronos son un tipo de motor elctrico de corriente alterna. Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensin de la red elctrica a la que est conectada y por el nmero de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo".

    La expresin matemtica que relaciona la velocidad de la mquina con los parmetros mencionados es:

    Los motores se aplican en trabajos donde se requieren grupos de gran potencia que funcionen a

    rgimen permanente, debido a sus caractersticas de alto rendimiento, factor de potencia,

    velocidad constante y alta fiabilidad. Tiene gran ventaja en aplicaciones donde se requiere

    velocidad constante, pues cuando opera normalmente, no tiene deslizamiento.

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 25

    Un motor sncrono es aquel que transforma la energa elctrica en mecnica para lo cual utiliza dos

    tipos de corriente, en el rotor o inductor se alimenta con corriente continua y el estator o inducido

    con corriente alterna.

    Si se tienen alternadores operando en paralelo, se puede invertir el funcionamiento de uno de

    ellos. Un alternador no tiene movimiento propio, sino que es movido por otro medio, si el medio que

    la mueve se desconecta, el alternador no puede detener su marcha ya que esta acoplado

    elctricamente a otros alternadores, y el lugar de suministrar energa a la red, ahora la absorbe, es

    decir si invierte su operacin, antes como generador y ahora como motor (motor sncrono).

    Si a un alternador trifsico se le retira la mquina motriz y se alimenta su estator mediante un

    sistema trifsico de C. A. se genera en el estator un campo magntico giratorio, cuya velocidad se

    sabe que es

    . Si en estas circunstancias, con el rotor parado se alimenta el devanado

    del mismo con C. C. se produce un campo magntico rotrico fijo, delante del cual pasa el campo

    magntico del estator. Los polos del rotor estn 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 vibrar. Pero si llevamos el rotor a la velocidad de sincronismo, hacindole girar mediante un

    motor auxiliar, al enfrentarse polos de signo opuestos se establece un enganche magntico que les

    obliga a seguir girando juntos, pudindose retirar el motor auxiliar.

    Una vez que se produzca la conexin del motor a la red, se produce un desplazamiento (d/p) del

    eje de los polos del rotor respecto de los polos ficticios del estator, que aumenta con la carga del

    motor, y tal que si este desplazamiento supera un lmite el motor se para.

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 26

    El rotor de un alternador de dos polos debe hacer una vuelta completa para producir un ciclo de ca. Debe girar 60 veces por segundo (si la frecuencia fuera de 60 Hz), o 3600 revoluciones por minuto (rpm), para producir una ca de 60 Hz. Si se puede girar a 3600 rpm tal alternador por medio de algn aparato mecnico, como por ejemplo, un motor de cc, y luego se excita el inducido con una ca de 60 Hz, continuar girando como un motor sncrono.

    Su velocidad de sincronismo es 3600 rpm. Si funciona con una ca de 50 Hz, su velocidad de sincronismo ser de 3000 rpm. Mientras la carga no sea demasiado pesada, un motor sncrono gira a su velocidad de sincronismo y solo a esta velocidad. Si la carga llega a ser demasiado grande, el motor va disminuyendo velocidad, pierde su sincronismo y se para. Los motores sncronos de este tipo requieren una excitacin de cc para el campo (o rotor), as como una excitacin de ca para el estator.

    La alta velocidad con la que gira el campo magntico giratorio en el entrehierro, no le permite al rotor alcanzarlo desde el reposo, por eso se dice que el motor sncrono tiene un par promedio igual a cero en el arranque, por tal motivo el motor sncrono no puede arrancar por s mismo. En consecuencia para que un motor sncrono arranque es necesario dotarlo de ciertos medios, que le permitan desarrollar un par de arranque o impulsar al rotor a una velocidad muy prxima a la sncrona mediante un impulsor (mquina primaria) y enseguida sincronizarlo, excitando el devanado de campo con corriente continua.

    Un motor sncrono tiene un devanado que se conecta a la red de corriente alterna (llamado

    inducido), un devanado que se conecta a la corriente continua (inductor), adems tiene un tercer

    devanado que est en corto circuito (devanado amortiguador).

    Por lo general el ncleo del inducido est hecho de laminaciones con una serie de ranuras

    alrededor de la periferia interior

    Los motores sncronos generalmente estn construidos con armadura fija (donde est el devanado

    del inducido) y campo mvil, aunque pueden estar con la armadura mvil y el campo fijo.

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 27

    a) Armadura fija y campo mvil b) Armadura mvil y campo fijo.

    Figura motor sncrono

    La mquina sncrona tiene la capacidad de tener flujo bilateral de potencia por lo cual puede operar

    como generador o como motor. El circuito equivalente por fase para el motor sncrono es:

    Las aplicaciones industriales comunes para motores utilizan la mquina sncrona con tensiones de

    220V a 4160V para sistemas con carga casi constante (compresores de aire) donde la excitacin

    del campo se ajusta para que el motor opere con factor de potencia adelantado con lo que se

    mejora el factor de potencia total de toda la planta.

    La capacidad de la mayora de los motores sncronos oscila entre 150 Kw (200 hp) y 15 MW

    (20,000 hp) y giran a velocidades que van de 150 a 1800 r/min. Por lo tanto, estas mquinas se

    utilizan principalmente en la industria pesada

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 28

    Ejemplo:

    Una planta industrial tiene actualmente una carga trifsica total de 500 KVA con un factor de

    potencia de 0.65 atrasado. En consecuencia la compaa suministradora la penaliza por bajo factor

    de potencia. Un motor sncrono de 200Hp se instala para mover un compresor nuevo. El motor

    opera con su campo sobreexcitado para corregir el factor de potencia de la planta a 0.85 atrasado.

    Determine:

    a) Los KVA de la planta con el motor aadido.

    b) La capacidad en KVA y el factor de potencia del motor sncrono.

    74.2)

    Las ventajas del motor sncrono son:

    a) Velocidad constante, independiente de la condicin de tensin de lnea y de las

    fluctuaciones de la carga

    b) Alta eficiencia ya que no tiene perdidas por deslizamiento

    c) Factor de potencia variable, logrando esto mediante una excitacin de campo adecuada.

    d) A la vez que desarrolla un trabajo mecnico, mejora el factor de potencia

    e) Posibilidad de usar alta tensin (voltaje desde 220v hasta 13,800v)

    Las desventajas son:

    a) Par de arranque nulo, pues no puede arrancar por si solo

    b) Son ms sensibles a las armnicas de tensin que los motores de induccin, puesto que

    pueden producirlos ellos mismos y causar perturbaciones a la red de alimentacin

    c) Requieren dos fuentes de energa elctrica para su funcionamiento

    d) Deben estar acompaados de una excitatriz, lo que eleva su costo

    Los motores sncronos provistos con devanados de jaula de ardilla arrancan como motores de

    induccin y despus de ser sincronizados continan funcionando como sncronos.

    Q=

    38

    0K

    VA

    R

    P=325KW

    49.45

    P=149.2KW

    Q=

    29

    3.7

    8 K

    VA

    R

    P= 474.20KW

    31.78

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 29

    Las aplicaciones del motor sncrono son:

    a) Para impulsar generadores de cd

    b) Para impulsar bombas en obras publicas

    c) Para impulsar compresores de aire

    d) Para impulsar sopladores y ventiladores

    e) Para transmisiones en fbricas de papel

    f) Para laminadores continuos de cobre y acero

    g) Para molinos de eje vertical, baja velocidad

    h) Para aplicaciones de baja velocidad y potencias grandes (ms de 50 hp)

    Los motores sncronos se pueden arrancar de dos formas distintas, una con un motor auxiliar y la

    otra consiste en arrancar el motor como si fuera de induccin

    Para arrancar el motor sncrono por medio de un motor auxiliar, se pone a funcionar la mquina

    como alternador y se sincroniza con la red y se pone en paralelo. Una vez hecho lo anterior se

    desconecta el motor auxiliar, y la mquina sigue girando y cambia su funcionamiento y opera ahora

    como motor.

    Cuando el motor sncrono arranca como si fuese de induccin, se alimenta el estator y el campo

    magntico giratorio induce una corriente en el devanado amortiguador y el motor gira como si fuera

    de induccin. El devanado de campo debe estar en corto circuito a travs de una resistencia de

    descarga, pues se induce en este un voltaje alterno. La excitacin debe ser aplicada a la velocidad

    correcta y la relacin magntica entre los polos magnticos del rotor adecuada. Se debe de medir

    la frecuencia de la corriente alterna en el campo que esta en corto. La frecuencia cambia con la

    velocidad del rotor.

    Un motor sncrono puede operar bajo distintas condiciones:

    a) Sobreexcitado (factor de potencia capacitivo)

    b) Excitacin normal (factor de potencia unitario)

    c) Subexcitado (factor de potencia inductivo).

    Dentro de las caractersticas que tiene el motor sncrono se destacan las curvas en V. stas

    indican la relacin existente entre la intensidad de corriente del campo de cc y la del estator, para

    una carga dada y una tensin constante. La aplicacin principal de la curvas en V es el ajuste

    previo de la corriente de campo de un motor cuando tiene carga variable y se desea tener un factor

    de potencia dentro de ciertos lmites especificados, ya que al variar la carga tambin varia el factor

    de potencia.

  • Instituto Tecnolgico de Quertaro Pgina 30

    Para obtener las curvas en V se emplea el circuito siguiente

    Copia pagina 2-12 libro motores sncronos de pablo Vargas prudente