Motor sincrono

U.N.C. ELECTROTECNIA

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MOTOR SINCRONO
Principio de funcionamiento: Supuesto dos alternadores funcionando en paralelo (Figura 1), físicamente se puede observar que, si se le quita la energía que acciona a uno de ellos, éste seguirá girando en el mismo sentido y a igual velocidad que antes (Figura 2).-

Figura 1

Figura 2

La diferencia que se manifiesta es que antes entregabacorriente a la red y ahora la recibe; si recibe corriente y gira es manifestación de que está trabajando como motor, y mantiene su velocidad síncrona porque ésta depende solo de la frecuencia.

f =

p.n 60

Una primera explicación de este fenómeno la podríamos deducir considerando la máquina como generador, reducida a su mínima expresión (Figura 3) y como motor (Figura 4).-

Figura 3

Figura 4En esta última figura, al invertirse la corriente en el estator, ya que ahora es una impedancia conectada a la red que recibe corriente, esta genera un campo rodante sincrónico y que por atracción magnética entre polos de diferente nombre, arrastra al rotor en el mismo sentido y velocidad. El principio de funcionamiento de este motor, se basa

U.N.C. ELECTROTECNIA en la atracción magnética depolos de distinto nombre Dibujando solo un par de polos (Figura 5) y la fuerza de atracción magnética entre ellos; y descompuesta en sus componentes ortogonales: Ft (tangencial) y Fr (radial), el momento motor será: M = Ft . r La fuerza radial Fr es la que mantiene ligado al Rotor con el campo del estator. Se observa que si crece el momento residente (en el equilibrio dinámico es siempre igual almomento motor), en la expresión anterior lo único que puede crecer es Ft , por ejemplo crece a F't y si la excitación se mantiene constante (F depende de la excitación), el nuevo triángulo de fuerzas será el representado en línea punteada. Como consecuencia disminuyó Fr a F'r . Si continua aumentando el momento resistente, se puede llegar a que la fuerza Fr que mantenía ligado al rotor sea muypequeña y el rotor se desenganche y se detenga. Como la fuerza F actúa entre ejes de los polos, también se observa un desplazamiento de los polos sombras, al aumentar el momento resistente.Conclusiones: - Figura 5 1. Este tipo de motor funciona a velocidad síncrona solamente. 2. El efecto que produce el aumento del par resistente es el desplazamiento relativo de los polos sombras. 3. Si se aumentala excitación, aumenta el momento motor. Porque crece F y por consiguiente Ft y M.Diagrama vectorial: Consideremos como circuito equivalente simplificado al de la Figura 6 tanto para generador como para motor: Figura 6 - Como generador se verificará: Eg - j Xsg Ig = U U + j Xsg Ig = Eg Figura 7

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Cuyo diagrama vectorial simplificado será el de la figura 7 Como motor, el estator recibe latensión alterna Um de la línea, mas la f.e.m. inducida en el mismo por la rueda polar; Em (Figura 8), las que determinan la f.e.m. resultante Er .-

U.N.C. ELECTROTECNIA Estas equilibran las caídas en Xs: Um + Em = Er = j XsM Im (1) La tensión de línea U y la del motor Um son de sentido opuesto por la segunda ley de Kirchhoff: ΣU = 0

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U + Um = 0 ; U = - Um

Figura 8

El estator,conectado a la línea, es una impedancia que recibe corriente Im, retrasada respecta a la tensión Um (diagrama vectorial, Figura 9) de (1) UM = -EM + j XSM IM

esta expresión, llevada al diagrama vectorial nos determina - Em y su opuesto Em Se observa la diferencia en cuanto a la f.e.m. , que está adelantada respecto a U cuando es generador y atrasada cuando es motor. De la expresión (1), sumando Em y Umen el Figura 9 diagrama vectorial, se obtiene Er, que debe estar en cuadratura respecto a Im, debido a la reactancia síncrona Xs. si la misma máquina que estaba trabajando como generador, pasa a trabajar como motor (tiene la misma XS) con la misma carga, las caídas XS I serán iguales y por lo tanto la corriente Im será igual y opuesta a la Ig.Comparación mecánica Un símil mecánico de la máquina...