Instalacion Electricca

EL42C CONVERSIÓN ELECTROMECÁNICA DE LA ENERGÍA
MÁQUINAS SÍNCRONAS

2007

Apuntes EL 42C, Prof. Luis Vargas

7.1 INTRODUCCIÓN 7.1 INTRODUCCIÓN • Alimentación: Estator con C.A., rotor con CC. • Uso en altas potencias, generadores, en bajas o altas revoluciones. Por ejemplo, los molinos SAG tienen una potencia 10.000 [HP] a bajas revoluciones. • La velocidad del eje depende de la frecuenciade alimentación y el número de polos. • Controlando la alimentación del rotor, la máquina puede operar absorbiendo o inyectando reactivos a la red (reactor o condensador síncrono, respectivamente). Esto se podría usar para mejorar el factor de potencia del sistema eléctrico.
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7.2 FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR SÍNCRONO 7.2 FUNCIONAMIENTO DEL GENERADORSÍNCRONO GENERADOR DESACOPLADO DE LA RED
ω e(t) E max θ = ωt N e(t) S -E max 2π ωt

π

En un generador monofásico, de rotor de imán permanente que gira a velocidad ω, la tensión generada en el estator, debida al flujo enlazado, es: e ( t ) = k·B·ω·sen (ω t ) = Emax sen (ω t )
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7.2 FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR SÍNCRONO con k constante de diseño. Así,reemplazando el imán permanente por un enrollado de excitación, se puede controlar el voltaje inducido. Ubicando tres enrollados en el estator espaciados a 120º geométricos, resulta un generador trifásico con frecuencia eléctrica igual a la velocidad del eje. La frecuencia f, según la velocidad de giro n y el número de polos p, es:
n·p f =  Hz  120  
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Apuntes EL 42C, Prof. Luis Vargas7.2 FUNCIONAMIENTO DEL GENERADOR SÍNCRONO GENERADOR CONECTADO A LA RED La frecuencia y la velocidad de giro del eje la impone la red, además, dicha velocidad depende del número de polos: 120 f n=  RPM   p  La potencia mecánica aplicada al eje no variará la velocidad del rotor, sino que se transformará en potencia eléctrica hacia la red, cuyo factor de potencia dependerá de la corriente deexcitación.

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7.3 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR SÍNCRONO 7.3 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR SÍNCRONO Al alimentar el estator con C.A. se produce un campo magnético rotatorio en él, la fuerza magnetomotriz sería: 3 Fe = ⋅ Fm cos (ω t − θ ) 2 donde Fm es la fuerza máxima (N·Imax), ω la velocidad síncrona y θ el punto donde se está calculando Fe. Así, el máximo de laf.m.m. se desplaza en el entrehierro a una veloci& dad síncrona (ωs) de θ = ω cuando la máquina posee un par de polos. En general:

ωs =

ω
p   2  
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7.3 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR SÍNCRONO La f.m.m. del rotor (Fr) es constante y fija a él, lo que provoca que este campo magnético tienda a alinearse con el C.M.R. del estator, haciendo que el ejegire a velocidad síncrona. El torque instantáneo de la máquina:

Τ ( t ) = KT ⋅ Fe ⋅ Fr ⋅ sen (δ )
donde KT es una constante de diseño y δ el ángulo entre las f.m.m. De la expresión de torque se concluye que: • El torque medio existe, pues δ = cte. • Se tiene un torque máximo para δ = 90º. • Se requiere un mecanismo de arranque hasta la velocidad síncrona.
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7.3 FUNCIONAMIENTO DEL MOTOR SÍNCRONO La característica torque-velocidad del motor es:
T T max ωs -T max

ω

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7.5 CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS 7.4 CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS CARACTERÍSTICAS DE ESTATOR De características muy similares al estator de la máquina de inducción. CARACTERÍSTICAS DE ROTOR Tres tipos: 1. De imanes permanentes: •Evita el uso de anillos rozantes para alimentar al rotor. • No se aplica a altas potencias. • No se puede controlar el flujo magnético del rotor.
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7.5 CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTIVAS Los rotores con enrollados de excitación son: 2. Rotor cilíndrico: De geometría simétrica. Inductancias mutuas del rotor y estator son constantes.

3. Rotor de polos...