maquinas sincronas

7. Máquinas Síncrónicas
7.1 Introducción
Las máquinas sincrónicas (o sincrónicas) son maquinas cuyo estator se encuentra
alimentado por corriente alterna, en tanto el rotor tiene alimentación continua ya sea a
través de un enrollado de campo o bien mediante imanes permanentes.
En términos prácticos, las máquinas sincrónicas tienen su mayor aplicación en potencias
elevadas, particularmentecomo generadores ya sea a bajas revoluciones en centrales
hidroeléctricas, o bien a altas revoluciones en turbinas de vapor o gas.
Cuando la máquina se encuentra conectada a la red, la velocidad de su eje depende
directamente de la frecuencia de las variables eléctricas (voltaje y corriente) y del número
de polos. Este hecho da origen a su nombre, ya que se dice que la máquina opera ensincronismo con la red. Por ejemplo, una máquina con un par de polos conectada a una red
de 50 [Hz] girará a una velocidad fija de 3000 [RPM], si se tratara de una máquina de dos
pares de polos la velocidad sería de 1500 [RPM] y así sucesivamente, hasta motores con 40
o más pares de polos que giran a bajísimas revoluciones.
En la operación como generador desacoplado de la red, la frecuencia de lascorrientes
generadas dependen directamente de la velocidad mecánica del eje. Esta aplicación ha sido
particularmente relevante en el desarrollo de centrales de generación a partir de recursos
renovables como la energía eólica.
Las máquinas sincrónicas también se emplean como motores de alta potencia (mayores de
10.000 [HP]) y bajas revoluciones. Un ejemplo particular de estas aplicaciones es alinterior
de la industria minera como molinos semiautógenos (molinos SAG) o como
descortezadores de la industria maderera .
Adicionalmente a la operación como motor y generador, el control sobre la alimentación
del rotor hace que la máquina sincrónica pueda operar ya sea absorbiendo o inyectando
reactivos a la red en cuyo caso se conocen como reactor o condensador síncrónico
respectivamente.Particularmente este última aplicación es utilizada para mejorar el factor
de potencia del sistema eléctrico el cual tiende a ser inductivo debido a las características
típicas de los consumos.
En el presente capítulo se describe el principio de funcionamiento de la máquina sincrónica
tanto como generador, motor, condensador y reactor y se detalla su modelo matemático a
través de dos ejesficticios denominados ejes directo y en cuadratura. Además se comentan
algunos aspectos constructivos de este tipo de máquinas y se explica el modelo equivalente
de esta máquina junto a su comportamiento en régimen permanente.

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7.2. Principio de funcionamiento del generador sincrónico
7.2.1. Generador desacoplado de la red.
Considérese un generador monofásico como el de la figura 7.1. Elrotor del generador
consiste en un imán permanente que genera un campo magnético B constante y se
encuentra rotando (gracias a una máquina impulsora externa) a una velocidad angular . Si
medimos la tensión e(t) se observa la curva sinusoidal mostrada a la derecha de la Figura
7.1
e(t)

i

E max
=

t

2

N
e(t)

t

S
-E max

Figura 7.1. Generador monofásico desacoplado dela red
El giro del eje del rotor hace que el flujo enlazado por la bobina del estator sea variable de
modo que la tensión generada en sus terminales se debe a la variación temporal de dicho
flujo, es decir:

e

N

Suponiendo que el flujo enlazado tiene la forma

e(t )

k ·B· ·sen( t )

t

BA cos( t ) , el voltaje inducido es

Emax sen( t )

(7.1)

Donde:
k es una constantede diseño de la máquina (depende del área de la sección A, del número
de vueltas N y en general de la geometría del enrollado).
B es la densidad de flujo magnético generada por el rotor.
es la velocidad mecánica del rotor.
De acuerdo con la ecuación (7.1), la tensión inducida en los terminales de la bobina del
estator corresponde a una sinusoide de frecuencia equivalente a la velocidad de...