Maquinas Sincronicas

INTRODUCCION

Las máquinas sincrónicas (o sincrónicas) son máquinas cuyo estator se encuentra alimentado por corriente alterna, en tanto el rotor tiene alimentación continua ya sea a través de un enrollado de campo o bien mediante imanes permanentes.

En términos prácticos, las máquinas sincrónicas tienen su mayor aplicación en potencias elevadas, particularmente como generadores ya sea a bajas revoluciones en centrales hidroeléctricas, o bien a altas revoluciones en turbinas de vapor o gas.

Cuando la máquina se encuentra conectada a la red, la velocidad de su eje depende directamente de la frecuencia de las variables eléctricas (voltaje y corriente) y del número de polos. Este hecho da origen a su nombre, ya que se dice que la máquina opera en sincronismo con la red

En la operación como generador desacoplado de la red, la frecuencia de las corrientes generadas dependen directamente de la velocidad mecánica del eje. Esta aplicación ha sido particularmente relevante en el desarrollo de centrales de generación a partir de recursos renovables como la energía eólica.

Las máquinas sincrónicas también se emplean como motores de alta potencia (mayores de 10.000 [HP]) y bajas revoluciones. Un ejemplo particular de estas aplicaciones es al interior de la industria minera como molinos semiautógenos (molinos SAG) o como descortezadores de la industria maderera.

Adicionalmente a la operación como motor y generador, el control sobre la alimentación del rotor hace que la máquina sincrónica pueda operar ya sea absorbiendo o inyectando reactivos a la red en cuyo caso se conocen como reactor o condensador síncrónico respectivamente. Particularmente este última aplicación es utilizada para mejorar el factor de potencia del sistema eléctrico el cual tiende a ser inductivo debido a las características típicas de los consumos. 

MÁQUINAS SINCRÓNICAS DE CORRIENTE ALTERNA

Generalidades y construcción del motor síncrono. La máquina sincrónica al igual que la máquina de corriente directa, se puede conectar para operar como generador y como motor. En este apartado analizaremos la máquina síncrona en su operación como motor síncrono. Estos motores son llamados así, debido a que la velocidad del rotor y la velocidad del campo magnético del estator son iguales. Los motores síncronos son utilizados en máquinas de gran tamaño que tienen una carga variable y necesitan de una velocidad constante, también existen motores síncronos monofásicos de tamaño pequeño utilizados en control y relojes eléctricos. Los motores sincrónicos son motores trifásicos de corriente alterna que funcionan a la velocidad de sincronismo, sin deslizamiento.

Construcción del motor síncrono.

Los motores síncronos tienen las siguientes características

Tienen un estator de trifásico similar al de un motor de inducción. Son usados por lo general en instalaciones de voltajes medianos

Estator de un motor síncrono. (Imagen tomada de: Harbin Electric Machinery Co, Ltd , www.electricmachinery.es)

Tienen un rotor bobinado (campo rotatorio) que tiene el mismo número de polos que el estator, el cual es excitado por media de una fuente externa de corriente continua.

Anillos colectores de excitación al rotor. (Imagen tomada de: tecowestinghouse, www.tecowestinghouse.com).  

El rotor puede ser de polos lisos o polos salientes

Rotor de un motor síncrono. (Imagen tomada de: Harbin Electric Machinery Co, Ltd , www.electricmachinery.es)

Rotor de polos salientes de un motor síncrono. (Imagen tomada de: Redinter , www.redinter.com.ar)

Arranca como un motor de inducción. El motor síncrono tiene también un devanado tipo jaula de ardilla conocido como devanado amortiguador que sirve para producir la fuerza de torsión para el arranque del motor.

Los motores síncronos funcionan como se mencionó anteriormente a la velocidad de sincronismo de acuerdo con la fórmula:

RPM = (120 x frecuencia)/Número de polos

Rotor de un motor síncrono en el que se aprecian los anillos rozantes, rodamiento y devanado amortiguador.(Imagen tomada de: www.kilowattclassroom.com)

Operación del motor síncrono.

El devanado amortiguador tipo jaula de ardilla produce el par de arranque y aceleración del motor, dando como resultado una alta velocidad en el motor.

Cuando la velocidad del motor alcanza aproximadamente 97% de su valor nominal en RPM, la corriente del campo de corriente directa se aplica al rotor produciendo una fuerza de Torsión y el rotor disminuirá su velocidad hasta "sincronizarse" con el campo rotativo del devanado de campo en el estator. El motor correrá a la velocidad de sincronismo y producirá fuerza de torsión síncrona.

Después de la sincronización, la fuerza de torsión no deberá excederse o el motor quedará fuera de sincronismo. Ocasionalmente, Si existe sobrecarga momentánea, el motor sufrirá un "deslizamiento" pero volverá a sincronizarse. Por lo anterior, debe existir una protección ya que si el motor se deja trabajando como motor de inducción, demandará una alta corriente que pudiera dañar el motor.

3.2 Análisis de las formas de arranque del motor trifásico. Como se ha indicado en los subtemas anteriores, una de los grandes problemas del motor síncrono es su bajo par de arranque, motivo por el cual se hace necesario llevar al motor a su velocidad síncrona utilizando diferentes métodos. Enseguida se indican los principales métodos de arranque para este tipo de motor:

Arranque del motor por medio de la reducción de la frecuencia eléctrica.

El propósito de este método es reducir la velocidad del campo magnético del estator de tal manera que el motor por sí mismo. Hasta hace unos años este método era poco usual debido a que como

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