Marco teórico

La máquina sincrónica es un convertidor electromecánico de energía con una pieza giratoria denominada rotor o campo, cuya bobina se excita mediante la inyección de una corriente continua, y una pieza fija denominada estator o armadura por cuyas bobinas circula corriente alterna. Las corrientes alternas que circulan por los enrollados del estator producen un campo magnético rotatorio que gira en el entrehierro de la máquina con la frecuencia angular de las corrientes de armadura.

El rotor debe girar a la misma velocidad del campo magnético rotatorio producido en el estator para que el torque eléctrico medio pueda ser diferente de cero. Si las velocidades angulares del campo magnético rotatorio y del rotor de la máquina sincrónica son diferentes, el torque eléctrico medio es nulo. Por esta razón a esta máquina se la denomina sincrónica; el rotor gira mecánicamente a la misma frecuencia del campo magnético rotatorio del estator durante la operación en régimen permanente.

Se utilizan en mayor medida como generadores de corriente alterna que como motores de corriente alterna, ya que no presentan par de arranque y hay que emplear diferentes métodos de arranque y aceleración hasta la velocidad de sincronismo.

También se utilizan para controlar la potencia reactiva de la red por su capacidad para, manteniendo la potencia activa desarrollada constante, variar la potencia reactiva que absorbe o cede a la red.

La velocidad de una maquina síncrona está dada en función de la frecuencia y el número de polos

Partes de un generador síncrono

Éstos se hallan formados por varios elementos, sin embargo, las partes principales son: el estator, la carcasa, la base, el rotor, la caja de conexiones, las tapas y los cojinetes. No obstante, un motor puede funcionar solo con el estator y el rotor.

-Estator

El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero si magnéticamente.

-RotorEl rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a mecánica o viceversa.

Existen dos tipos de rotores en las maquinas síncronas dependiendo de su velocidad de utilización

1. Baja velocidad: son impulsados por motores de combustión interna o corrientes de agua y se caracterizan por tener el rotor de polo salientes, un gran diámetro y una corta longitud axial.

2. Turbogeneradores (alta velocidad): se utiliza una turbina de vapor como motor primario y el rotor es cilíndrico o liso, pues las protuberancias de los rotores de polos salientes originarían esfuerzos mecánicos elevados y riesgosos.

Para que la máquina síncrona sea capaz de efectivamente convertir energía mecánica aplicada a su eje, es necesario que el enrollamiento de campo localizado en el rotor de la máquina sea alimentado por una fuente de tensión continua de forma que al girar el campo magnético generado por los polos del rotor tengan un movimiento relativo a los conductores de los enrollamientos del estator.

Para esto es necesario una excitatriz:

La excitatriz de un generador eléctrico síncrono de corriente alterna sirve, básicamente, para alimentar de corriente continua el rotor del generador, y convertir éste en un electroimán. El proceso de alimentar de corriente continua el rotor (que gira) supone resolver como generar la corriente continua necesaria, y además, como introducirla en un elemento que está girando.

Existen dos tipos básicos de excitatriz:

-Excitatriz estática, o de anillos rotativos y escobillas (pincha aquí para conocer más sobre este tipo de excitatriz).

- de imanes permanentes

En la excitatriz estática o de anillos rotativos y escobillas, que es la más habitual en generadores antiguos o de gran tamaño, el voltaje de la energía eléctrica se modifica mediante transformadores, y se rectifica, obteniendo una corriente continua de un voltaje y una intensidad máxima determinada. Con la ayuda de componentes electrónicos, diodos y rectificadores es posible variar la tensión continua. Para conectar esta tensión continua regulada al rotor, que normalmente estará girando, se utilizan dos anillos concéntricos al eje rotor, cada uno de ellos conectados a un extremo de la bobina del rotor, y un conjunto de escobillas de grafito, que es un material conductor y auto lubricado. Las escobillas se desgastan con el tiempo, por lo que se requiere su sustitución cada cierto tiempo.

Otro tipo de excitatriz :

La excitatriz de imanes permanentes consta de uno o varios imanes permanentes que no requieren tensión de alimentación, sino que al girar son capaces de generar una tensión en un circuito eléctrico, cuyo valor depende de la velocidad de giro: a más velocidad, mayor tensión. No tienen posibilidad de regulación de la tensión cuando trabajan a velocidad fija, ya que no es posible variar el campo magnético. No se usan nunca por separado, sino siempre en conjunción con otros tipos de excitatriz para dar una excitatriz combinada.

Bibliografía

Extraído de Máquinas eléctricas y sistemas de potencia sexta edición autor Théodore Wildi el 10 de maro del 2015

Extraído de http://www.energia.renovetec.com/128-excitatriz-de-imanes-permanentes el 10 de marzo del 2015