Maquinas Sincronicas

República Bolivariana de Venezuela

Ministerio del Poder Popular

Para la Educación Universitaria

Del Estado Portuguesa

Universidad Politécnica de Portuguesa

Unidad de Proyecto Formativa UPF

Programa Nacional de Formación en Electricidad

Alumno:

Pérez Ernesto CI: 22.091.812

Sección 511

ING. Eléctrica

Octubre, de 2012

Las máquinas sincrónicas

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.

Una máquina síncrona es una maquina eléctrica rotativa de corriente alterna cuya velocidad de giro en régimen permanente está ligada con la frecuencia de la tensión en bornes y el número de pares de polos.

Donde:

• 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)

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.

CAJA REDUCTORA

Se denomina caja reductora a un mecanismo que consiste, generalmente, en un grupo de engranajes, con el que se consigue mantener la velocidad de salida en un régimen cercano al ideal para el funcionamiento del generador.

Usualmente una caja reductora cuenta con un tornillo sin fin el cual reduce en gran cantidad la velocidad.

Generador síncrono

Es todo dispositivo capaz de mantener una diferencia de potencial eléctrico entre dos de sus puntos (llamados polos, terminales o bornes) transformando la energía mecánica en eléctrica. El generador síncrono está compuesto principalmente de una parte móvil o rotor y de una parte fija o estator, el principio de funcionamiento de un generador síncrono se basa en la ley de Faraday. Para crear tensión inducida en el (estator), debemos crear un campo magnético en el rotor o circuito de campo, esto lo lograremos alimentado el rotor con una batería, este campo magnético inducirá una tensión en el devanado de armadura por lo que tendremos una corriente alterna fluyendo a través de él.

PARTES DE UN GENERADOR SÍNCRONO:

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. Existen dos tipos de estatores

a) Estator de polos salientes.

b) Estator ranurado.

Rotor

El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de tres tipos:

a) Rotor ranurado

b) Rotor de polos salientes

c) Rotor jaula de ardilla

Carcasa

La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricación depende del tipo de motor, de su diseño y su aplicación. Así pues, la carcasa puede ser:

a) Totalmente cerrada

b) Abierta

c) A prueba de goteo

d) A prueba de explosiones

e) De tipo sumergible

Sistema de enfriamiento

1. Generadores enfriados por aire:

Estos generadores se dividen en dos tipos básicos: abiertos ventilados y completamente cerrados enfriados por agua a aire.

2. Generadores enfriados por hidrógeno:

Los generadores de mayor capacidad, peso, tamaño y los más modernos, usan hidrógeno para enfriamiento en vez de aire en circuito de enfriamiento cerrado.

3. Generadores enfriados por hidrógeno / agua:

Pueden lograrse diseños de generadores aún más compactos mediante el uso de enfriamiento con agua directo al devanado de la armadura del generador. Estos diseños emplean torones de cobre a través de los cuales fluye agua desionizada. El agua de enfriamiento se suministra vía un circuito cerrado.

Excitatriz

Proporciona corriente continua al devanado de campo de la máquina síncrona, y constituye la etapa de potencia del sistema de control. Se llama excitatriz a la fuente de alimentación que controla el campo de un generador de corriente alterna. Básicamente al aumentar la tensión continua del campo aumenta la tensión alterna de salida del generador.

EXITACION.

Es la encargada de controlar las variaciones o perturbaciones temporales que se presentan en la tensión una máquina síncrona, modificando la corriente que circula por su devanado de campo.

La excitación proporciona la tensión continua al devanado de campo de la máquina síncrona y puede tener diferentes principios de operación. En este trabajo se usa como sistema de excitación un puente rectificador monofásico alimentado desde la red de tensión alterna.

SISTEMA DE EXCITACIÓN

La función básica de un sistema de excitación es suministrar corriente directa al devanado de campo de la maquina sincrónica. A través del control de la tensión y corriente de campo realiza funciones de control y de protección para una operación satisfactoria del sistema de potencia.

Sistema de protección de generadores

En la protección de generadores sincrónicos se deben considerar las condiciones de operación anormal más extremas que en la protección de cualquier otro elemento del sistema de potencia. Un generador protegido adecuadamente requiere, la protección automática contra las condiciones anormales más nocivas.

Las unidades generadoras grandes usan protección de alta rapidez para detectar las fallas severas en el devanado del estator y minimizar el daño.

MOTOR SÍNCRONO

El motor síncrono recibe este nombre debido a que el rotor gira a la misma velocidad

que el campo magnético del estator, es decir, están sincronizados

El motor síncrono es en esencia un alternador trifásico que funciona a la inversa.

Los imanes del campo se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente

continua, y las bobinas de la armadura están divididas en tres partes y alimentadas

con corriente alterna trifásica.

Para entender el concepto básico de un motor sincrónico. un motor sincrónico de dos polos. La corriente de campo IF del motor produce un campo magnético de estado estacionario BR, Un conjunto trifásico de voltajes se aplica al estator de la máquina. que produce un flujo de corriente trifásica en los devanados.

El conjunto trifásico de corrientes en el devanado inducido produce un campo magnético uniforme rotacional Bs. Entonces, hay dos campos Magnéticos presentes en la máquina, y el campo rotórico tenderá a alinearse con el campo estatórico así como dos barras magnéticas tenderán a alinearse si se colocan una cerca de la otra. Puesto que el campo magnético del estator es rotante, el campo magnético del rotor (y el rotor e mismo) tratará constantemente de emparejarse con él. Cuanto mayor sea el ángulo entre los campos magnéticos (hasta cierto máximo), mayor es el par sobre el rotor de la máquina. El principio básico de operación del motor sincrónico es que el rotor "persigue" el campo magnético rotante del estator alrededor de un círculo, sin emparejarse del todo con él.

CIRCUITO EQUIVALENTE POR FASE DE UN MOTOR SÍNCRONO

El circuito equivalente por fase de un motor sincrónico es exactamente igual al del generador sincrónico, excepto que la dirección de referencia de IA está invertida. Debido al cambio de dirección de IA, la ecuación correspondiente a la ley de voltajes de Kirchhoff cambia para el circuito equivalente de un motor síncrono.

EA= VΦ– JXSIA– RAIA

RA= Resistencia de inducido por fase

XS= Reactancia sincrónica por fase

VΦ= Voltaje de fase

EA= Voltaje autoinducido por fase

TIPOS DE ARRANQUES DE UN MOTOR SINCRONO.

Existen tres métodos básicos para el arranque seguro de un motor sincrónico.

Arranque del motor reduciendo la frecuencia eléctrica:

Reducir la velocidad del campo magnético del estator a un valor suficientemente bajo

para que el rotor pueda acelerar y se enlace con él durante medio ciclo de rotación del

campo magnético. Esto se puede llevar a cabo reduciendo la frecuencia de la potencia

eléctrica aplicada.

Arranque del motor mediante un motor primario externo:

El segundo método para arrancar un motor sincrónico consiste en fijarle un motor

externo de arranque y llevar la máquina sincrónica hasta su velocidad plena con ese

motor. Entonces la máquina sincrónica puede ser emparalelada con un sistema de

potencia como un generador, y el motor de arranque puede desacoplarse del eje de la

máquina. Desconectando el motor de arranque, el eje de la máquina se desacelera, el

campo magnético del rotor BR queda atrás de Bnety la máquina sincrónica comienza

actuar como motor.

Arranque de un motor utilizando devanado amortiguador:

La técnica más popular para el arranque de motores sincrónicos es utilizar devanados

Amortiguadores: Estos devanados son barras especiales dispuestas en ranuras labradas en la

cara del rotor del motor sincrónico y cortocircuitadas en cada extremo por un anillo de

cortocircuito.

Estos devanados tienen dos objetivos:

a).- Hacer que el motor arranque como un motor de inducción

b).- Impedir la oscilación de velocidad o penduleo

El penduleo es una fluctuación o variación periódica de la velocidad del rotor con respecto a la del campo magnético rotatorio del estator y puede ser producido por los siguientes aspectos

1.- Un cambio brusco de carga mecánica.

2.- Un cambio brusco de la tensión de c-a

3.- Un cambio brusco de la excitación o intensidad

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