Maquinas Rotores

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I. MÁQUINA SINCRÓNICA

1 Principio de funcionamiento

Estas máquinas operan sólo a la velocidad sincrónica, es decir a la velocidad mecánica equivalente a la velocidad de rotación producida por las corrientes del estator. Utilizadas como generador estas máquinas son utilizadas para generación de energía eléctrica en sistemas interconectados. En el siguiente esquema se muestra distintasunidades generadoras, las cuales son conectadas a un sistema común el cual alimenta a distintos tipos de usuarios

1.1 Generador

En el caso de las máquinas de inducido rodante (un generador de Corriente Continua induce en el rotor Corriente Alterna cuando se colocan un par de anillos rozantes. La onda obtenida es plana debido a que el entrehierro es constante, pero si se hiciese elentrehierro variable senoidalmente, no se obtendría e = B * l * v , sino que e = B * sen( wt )* l * v , es decir Corriente Alterna Senoidal. En las otras dos máquinas, el campo magnético de los polos que giran, cortan a los conductores del inducido fijo, y generando

e=−

dφ , el cual dependiendo de la expansiones dt

polares (rotor de polos salientes) y de la distribución de los conductores delrotor (rotor cilíndrico), obtendremos Corriente Alterna Senoidal.

e(t ) = k * B * ω * sen( wt ) = Emax sen( wt )
Donde:

k : constante que depende del diseño de la máquina B : densidad de flujo magnético ω : velocidad mecánica del rotor
De acuerdo a esto, la tensión inducida en los terminales de la bobina del estator corresponde a una sinusoide de frecuencia equivalente a la velocidad de girodel eje y magnitud proporcional a la densidad de flujo magnético ω .

Sistema interconectado con distintos tipos de generación sincrónica

Estas máquinas pueden cumplir tres diferentes funciones: • • • • Motor: convierte energía eléctrica en mecánica Generador o alternador: convierte energía mecánica en energía eléctrica. Condensador Sincrónico: convierte energía eléctrica en eléctrica.Reactor Sincrónico
Esquema general de excitación de un generador sincrónico

2 1.2 Motor A diferencia del generador, el estator se encuentra alimentado con Corriente Alterna, produciéndose un campo magnético rotatorio de la forma:

3 Fe = * Fm *cos(ωt − θ ) 2
Donde: Fe : fuerza magnetomotriz del estator

Fm : fuerza máxima equivalente ω : velocidad sincrónica θ : ángulo que determina laposición del punto del entrehierro
Tensión inducida en un generador sincrónico monofásico

donde se calcula la fuerza magnetomotriz De acuerdo a esto la máxima fuerza magnetomotriz, se produce a la velocidad sincrónica ωs , la cual corresponde a la frecuencia de la red. El rotor se encuentra alimentado por Corriente Continua, la cual produce una fuerza magnetomotriz constante en el rotor. El campomagnético del rotor tiende a alinearse con el campo magnético rotatorio del estator produciendo que el eje del rotor gire a la velocidad sincrónica. El torque producido en la máquina es:

En lugar de tener sólo un devanado de armadura, se pueden ubicar 3 devanados, separados 120º geométricamente, obteniéndose un generador sincrónico trifásico, cuyas tensiones generadas estarán desfasadas 120ºuna respecto a otra, cuya frecuencia será equivalente a la velocidad de giro del rotor.

T (t ) = KT * Fe * Fr * sen(δ )
Donde: KT : constante definida por el diseño de la máquina

Fe : fuerza magnetomotriz del estator Fr : fuerza magnetomotriz del roto δ : ángulo entre las fuerzas magnetomotrices del estator y
rotor De acuerdo a esto la magnitud del torque queda determinado por el ánguloentre las fuerzas magnetomotrices.

Característica Torque – Velocidad del motor sincrónico

De la figura se puede deducir que el motor sincrónico no posee torque de partida, por lo que se hace necesario de mecanismos externos para llevarlo a la velocidad sincrónica.

3 2. Aspectos constructivos 2.2 Rotor

2.1 Estator Está compuesto por un núcleo laminado, de modo de reducir las perdidas...