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Máquina síncrona

José Manuel Arroyo Sánchez
Área de Ingeniería Eléctrica Departamento de Ingeniería Eléctrica, Electrónica, Automática y Comunicaciones Universidad de Castilla – La Mancha
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Contenidos
• Introducción • Sistemas de excitación • Funcionamiento en vacío y en carga • Alternador en una red aislada • Acoplamiento a red de potencia infinita • Lugares geométricos • Motorsíncrono
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Bibliografía
• J. Fraile. “Máquinas Eléctricas”. Edición. McGraw-Hill. Madrid. 2003

Quinta

• J. Fraile, J. Fraile. “Problemas de Máquinas Eléctricas”. McGraw-Hill. Madrid. 2005

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Introducción
• Velocidad de giro en régimen permanente:

60f n= p
• Principio de reciprocidad alternador, motor) • Distintas frecuencias (volumen) (generador o

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Introducción
• Excitaciónen corriente continua • Rotor de polos salientes vs. rotor de polos lisos (rotor cilíndrico) • η ≈ 98.5%

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Introducción
• Uso como generador (principal): Suministro de gran potencia a la red Instalaciones de emergencia (hospitales, ordenadores) Instalaciones aisladas grupos electrógenos) (redes rurales,

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Introducción
• Uso como motor:

Aplicaciones (bombeo)

con

velocidadconstante

Regulación del factor de potencia (condensador o compensador síncrono)

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Introducción Central de bombeo

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Aspectos constructivos
• Estátor Con expansiones polares ⇒ Devanado concentrado Cilíndrico ⇒ Devanado distribuido • Rotor Polos salientes ⇒ Devanado concentrado Polos lisos o rotor cilíndrico ⇒ Devanado distribuido
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Aspectos constructivos

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Aspectosconstructivos

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Aspectos constructivos Devanados
• Inductor Corriente continua Devanado concentrado o distribuido • Inducido Corriente alterna Devanado distribuido
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Aspectos constructivos. Devanados
• Máquinas pequeñas (< 10 kVA) Devanado inductor en el estátor, concentrado en expansiones polares Devanado inducido trifásico en el rotor (anillos) • Máquinas grandes (10 kVA hasta1500 MVA) Devanado inductor en el rotor (anillos) Devanado inducido trifásico en el estátor
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Tipos según la máquina motriz Turbogeneradores
• ↑ rendimiento a ↑ velocidad • Rotor cilíndrico • Centrales térmicas ⇒ Bipolar (n = 3000 rpm) • Centrales nucleares (temperatura y presión ↓) ⇒ Tetrapolar (n = 1500 rpm) • Eje turbina-alternador horizontal • ↓ Diámetro (1-2 m), ↑ longitud (10-12 m) •SN hasta 1500 MVA
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Tipos según la máquina motriz Hidrogeneradores
• Las características dependen del salto de agua: Salto grande: Turbina Pelton, eje horizontal (750-375 rpm) Salto medio: Turbina Francis, eje vertical (150 rpm) Salto pequeño: Turbina Kaplan, eje vertical (< 100 rpm)
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Tipos según la máquina motriz Hidrogeneradores
• Rotor de polos salientes (20-40 polos, 100 polosmáximo) • Gran diámetro (hasta 20 m), pequeña longitud • SN hasta 150-300 MVA (hay de 820 MVA) • Para 200 MVA ⇒ 5-7 m de diámetro y 2-3 m de longitud
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Tipos según la máquina motriz Diesel
• Motor de combustión interna • Velocidad de giro de hasta 1500 rpm • Pequeña potencia nominal (hasta 20 MVA)

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Algunos datos característicos
SN (MVA) VN (kV) IN (kA) < 200 6.6-15 < 17.5 > 200 25-30[3, 35]

• Para 100 kVA ⇒ Pe ≈ 3 kW • Para 750 MVA ⇒ Ie < 2.5 kA, Ve < 1 kV • Para 1000 MVA ⇒ Pe ≈ 4 MW, Ie < 10 kA

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Algunos datos característicos
• Turbogenerador de 1000 MVA: Rotor de 1.25 m de diámetro 7 m de longitud Peso del estátor ≈ 300 Tm Peso del rotor ≈ 80 Tm PCU ≈ 15 MW
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Contenidos
• Introducción • Sistemas de excitación • Funcionamiento en vacío y en carga •Alternador en una red aislada • Acoplamiento a red de potencia infinita • Lugares geométricos • Motor síncrono
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Sistemas de excitación Excitatriz principal de c.c.

• 2 máquinas de mantenimiento

c.c.

⇒

↑

coste

de

• Escobillas ⇒ Desgaste
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Sistemas de excitación Excitatriz principal de c.a.

• Escobillas ⇒ Desgaste
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Sistemas de excitación Autoexcitación

•...