Motor Sincrono

MOTOR SÍNCRONO 3~

Un motor síncrono es una máquina eléctrica rotativa de corriente alterna cuya velocidad de rotación del eje y la frecuencia eléctrica están sincronizadas y son mutuamente dependientes, la máquina puede operar tanto como motor y generador. Como motor síncrono convierte la energía eléctrica en energía mecánica y la velocidad de rotación del eje dependerá de la frecuencia de la red eléctrica que se le suministre o bien convierte energía mecánica en energía eléctrica, siendo en este caso utilizada como generador síncrono y la frecuencia entregada en las terminales dependerá de la velocidad en la que el eje esté girando.

Las máquinas síncronas 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.

Principio de funcionamiento

Como generador:

Una turbina acciona el rotor de la máquina sincrónica a la vez que se alimenta el devanado rotórico (devanado de campo) con corriente continua. El entrehierro variable (máquinas de polos salientes) o la distribución del devanado de campo (máquinas de rotor liso) contribuyen a crear un campo más o menos senoidal en el entrehierro, que hace aparecer en los bornes del devanado estatórico (devanado inducido) una tensión senoidal. Al conectar al devanado inducido una carga trifásica equilibrada aparece un sistema trifásico de corrientes y una fuerza magnetomotriz senoidal.

Como motor:

En este caso se lleva la máquina síncrona a la velocidad de sincronismo, pues la máquina síncrona no tiene par de arranque, y se alimentan el devanado rotórico (devanado de campo) con corriente continua y el devanado estatórico (devanado inducido) con corriente alterna. La interacción entre los campos creados por ambas corrientes mantiene el giro del rotor a la velocidad de sincronismo.

Operación en vacío

Cuando el motor trabaja en vacío no hay caída de tensión, la tensión de salida coincide con la FEM. Cuando el motor trabaja en vacío el único flujo existente es el producido por la corriente continua de excitación del rotor.

Operación con carga

Una vez que se produzca la conexión 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 límite el motor se para (ver más debajo "estabilidad del motor").

El motor como condensador síncrono

Es muy común la práctica de conectar un motor síncrono a la línea y operarlo de forma sobreexcitada en vacío para corregir el factor de potencia. Ya que la potencia real suministrada a la máquina es cero (excepto por las pérdidas), con un factor de potencia unitario la corriente es nula. Al incrementar la corriente excitatriz, la corriente en la línea (y la potencia reactiva suministrada por el motor) aumenta de manera lineal hasta llegar hasta el punto de saturación.

Se puede observar que un capacitor síncrono. Como no hay transferencia de potencia (el motor está en vacío) cosφ=0 y la corriente de carga adelanta 90° con respecto a la tensión de línea. El motor es una carga con factor de potencia variable. Al hacer que el motor síncrono trabaje en régimen capacitivo se disminuye el valor de la corriente de línea y del factor de potencia. Esto que hace que disminuyan las pérdidas de transmisión (P=3RI2 ) y se mejora notablemente la eficiencia de operación del sistema.

Calculo de Fuerza contra-electromotriz en motores

En cuanto circula corriente por el bobinado del rotor (inducido), se produce la acción dinámica entre la corriente y el campo magnético de las expansiones polares, haciendo que el motor comience a funcionar. Pero en cuanto los conductores del rotor se mueven, cortan las líneas de fuerza del campo y por tal motivo se inducirá una Fuerza electromotriz(FEM) en ellos. De acuerdo con la ley de Lenz, la fuerza electromotriz tiende a oponerse a la causa que la genera, es decir, que en el caso que nos ocupa tenderá a frenar el rotor.

Aplicando la regla de la mano izquierda se encuentra que la espira es impulsada hacia un sentido señalado, pero al moverse los conductores que la forman dentro del campo se inducirá una FEM cuyo sentido se encuentra con la regla de la mano derecha y el sentido de la tal es opuesto al de la corriente principal. Por tal motivo a esa FEM se la llama fuerza contra-electromotriz, y obliga a aumentar la tensión aplicada al motor para que se asegure la circulación de corriente en el rotor. Si una espira corta a un flujo a razón de revoluciones por minuto, la FEM inducida tendrá el valor de:

Siendo:

Número de polos

Flujo

Revoluciones por minuto (RPM)

Para más de una espira, debe multiplicarse por el número de ellas la fórmula anterior. Como conclusión la FCEM depende directamente del flujo y las revoluciones que tome el rotor y de los polos y número de espira como constantes del aparato (generador o motor de CC).

Un motor eléctrico que se le aplica un momento de torsión eléctrica provoca que una espira por la cual fluye una corriente eléctrica gire en un campo magnético constante pero si a ese campo magnético le producimos una corriente eléctrica y hacemos girar la bobina del rotor entonces provocaremos una f.e.m. inducida. Con lo cual se puede decir que en un motor eléctrico de cualquier tipo puede convertirse en un generador eléctrico. Cuando un motor eléctrico tiene un movimiento debido al campo magnético se le llama fuerza contra electromotriz.

MAQUINA ASINCRONICA

Los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motor de corriente alterna en el que la corriente eléctrica del rotor, es necesaria para producir torsión es inducida por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator. Por lo tanto un motor de inducción no requiere una conmutación mecánica aparte de su

...