Maquinas sincronas

Motor Síncrono
por Andrés Monjo
Resumen En la presente monografía se describen los motores síncronos, sus aspectos constructivos, principio de funcionamiento y campo de aplicación. Se analizan los distintos métodos de arranque y al motor funcionando como compensador síncrono.

Introducción Los motores síncronos son máquinas síncronas que se utilizan para convertir potencia eléctrica enpotencia mecánica de rotación. La característica principal de este tipo de motores es que trabajan a velocidad constante que depende solo de la frecuencia de la red y de otros aspectos constructivos de la máquina. A diferencia de los motores asincrónicos, la puesta en marcha requiere de maniobras especiales a no ser que se cuente con un sistema automático de arranque. Otra particularidad del motorsíncrono es que al operar de forma sobreexcitado consume potencia reactiva y mejora el factor de potencia. Aspectos constructivos 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 enranuras, 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. La estructura del rotor puede ser en forma de polos salientes o depolos lisos como se ve en la figura 1 si el motor tuviese solo un par de polos.

figura 1: tipos constructivos de máquinas síncronas

Principio de funcionamiento Si a un alternador trifásico se le retira la máquina motriz y se alimenta su estator mediante un sistema trifásico de corriente alterna se genera en el estator un campo magnético giratorio, cuya velocidad sabemos que es N = 60 f/p dondef es la frecuencia de la red, y p es el número de pares de polos del rotor. Si en estas circunstancias, con el rotor parado, se alimenta el devanado del mismo con corriente continua se produce un campo magnético rotórico fijo, delante del cual pasa el campo magnético del estator. Los polos del rotor están sometidos ahora a atracciones y repulsiones en breves periodos de tiempo, por parte de lospolos del estator pero el rotor no consigue girar, a lo sumo vibrará. Al llevar el rotor a la velocidad de sincronismo, haciéndolo girar mediante un motor auxiliar, al enfrentarse polos de signo opuestos se establece un enganche magnético que les obliga a seguir girando juntos, pudiendo ahora retirar el motor auxiliar. Este enganche magnético se produce ya que el campo giratorio estatórico arrastrapor atracción magnética al rotor en el mismo sentido y velocidad.

figura 2: principio de funcionamiento del motor síncrono

En la figura 2 se muestran dos conductores del inducido enfrentando a dos polos consecutivos del rotor para dos instantes de tiempo consecutivos. Se puede concluir que si el rotor está en reposo o gira a otra velocidad diferente a la de sincronismo, el par medio quedesarrolla al conectarlo a la red es nulo por lo que el motor no arranca.

Circuito equivalente Ya que el motor síncrono es igual físicamente al generador, las ecuaciones básicas de velocidad, potencia y par son las mismas. La única diferencia es que el sentido de flujo de potencia (y por lo tanto el sentido de la corriente de carga) es opuesto para el motor. Consideremos un motor síncronofuncionando en régimen estacionario con una tensión por fase U. Suponemos que la reactancia de dispersión es constante, que se pueden despreciar las pérdidas en el hierro y que el entrehierro es uniforme. En la figura 3 se puede ver el circuito eléctrico equivalente (diagrama de Blondel) que representa al motor síncrono conectado a la red en el cual el estator se comporta como el primario de un...