HM01 TEORIA MAQUINAS SINCRONAS

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1.1

TEORÍA DE MAQUINAS SINCRONAS

INTRODUCCIÓN

Como su nombre lo indica son máquinas capaces de operar só1o a la velocidad sincrónica,
esto es, a la velocidad mecánica equiva1ente a la velocidad de rotación de CMR producido
por las corrientes del estator. Estas máquinas operando cómodo generador son usadas en las
centrales para la generación de energía eléctrica (hidráulicas, térmicas onucleares) en
sistemas interconectados, figura 1. En tales aplicaciones se les denominan generadores
sincrónicos o alternadores y normalmente se operan con otras unidades en las distintas
centrales, interconectarlas entre sí.

Figura 1. Sistema interconectado de energía eléctrica

Al igual que muchas máquinas eléctricas, las máquinas sincrónicas pueden operar como
generador o motor. En aplicacionesindustriales los motores sincrónicos son usados donde
es deseada velocidad constante. Una característica importante de estos motores que pueden
operar ya sea tomando o entregando potencia reactiva a la red dependiendo el nivel de
excitación. Este tipo de máquinas es de doble excitación esto es: los polos del rotor son
alimentados con corriente continua mientras que los bobinados del estator estánconectados
a la red eléctrica. Por lo tanto, el flujo en el entrehierro es la resultante de ambas
excitaciones. El motor de inducción solo es excitado por las corrientes del estator, ya que
las corrientes de rotor son producto de un efecto inductivo, siempre operará con factor de
potencia en atraso. Es decir, que con una apropiada excitación, el motor sincrónico puede
no requerir potenciareactiva de la red para su operación y trabajar con factor de potencia
unitario. Aumento o disminución de la corriente de campo involucrará en un aporte o
consumo de potencia reactiva a la red eléctrica con lo que se puede regular la tensión en
sistemas con factor de potencia bajo.
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En general la maquinasincrónica tiene en el estator el bobinado de armadura del tipo
trifásico y en el rotor el enrollado de excitación alimentado con corriente continua, figura 2.
Al aplicar un juego de corrientes trifásicas simétricas y equilibradas en el bobinado de
estator, se genera, un CMR que gira a la frecuencia sincrónica (ws). Si por otro lado se tiene
al rotor girando a wm= w s y se inyecta una corrientecontinua, If, al campo, se producirá
un CMR producido por el giro mecánico también a la velocidad ws.

Figura 2. Representación esquemática de la máquina sincrónica

(a)

(b)

Figura 3. Maquina sincrónica. a) Rotor cilíndrico, b) Polos salientes

Desde el punto de vista constructivo se distinguen dos formas: de rotor cilíndrico y de rotor
de polos salientes, como se muestra en la figura 3a y b. Las MSde rotor cilíndrico se
utilizan en aplicaciones de alta velocidad (2 y 4 polos), turbo alteradores. Las MS de polos
salientes es más apropiada para bajas velocidades (alto número de polos) se aplica en
hidrogeneradores.
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1.2 OPERACIÓN DE LA MS DE ROTOR CILÍNDRICO.
La corriente de campo If establece enel entrehierro una distribución senoidal de flujo en el
entrehierro ɸ f (mediante una geometría especial del polo magnético o la distribución del
bobinado de campo en el caso rotor cilíndrico). Asimismo la corriente de los bobinados
trifásicos del estator produce un flujo ɸ a . Parte de este flujo enlaza sólo los bobinados de
estator y no enlaza el bobinado de campo, a este flujo de le denominaflujo de fuga o
dispersión. La mayor parte de ɸ a , denominada flujo de reacción de armadura ɸ ar , se
establece en el entrehierro y enlaza el bobinado de campo. El flujo resultante ɸ r es por lo
tanto debido a la interacción entre flujos ɸ f y ɸ ar . Cada una de estas componentes induce
tensiones en los bobinados del estator Ef debida a ɸ f y Ea debida a ɸ ar y la tensión Er
debida al flujo...