Motores sincronos

MOTORES SINCRONOS
Los motores síncronos son máquinas síncronas que se utilizan para convertir potencia eléctrica en potencia mecánica de rotación. La característica principal de este tipo de motores es que trabajan a velocidad constante que depende solo de la frecuencia de la red y de otros aspectos constructivos de la máquina. A diferencia de los motores asincrónicos, la puesta en marcharequiere de maniobras especiales a no ser que se cuente con un sistema automático de arranque. Otra particularidad del motor síncrono es que al operar de forma sobreexcitado consume potencia reactiva y mejora el factor de potencia.

Aspectos constructivos
La máquina síncrona es una máquina reversible ya que se puede utilizar como generador de corriente alterna o como motor síncrono. Está constituidopor dos devanados independientes:
a) Un devanado inductor, construido en forma de arrollamiento concentrado o distribuido en ranuras, alimentado por corriente continua, que da lugar a los polos de la máquina y que se coloca en el rotor.
b) Un devanado inducido distribuido formando un arrollamiento trifásico recorrido por corriente alterna ubicado en el estator que está construido de un materialferromagnético, generalmente de chapas de acero al silicio.
La estructura del rotor puede ser en forma de polos salientes o de polos lisos como se ve en la figura 1 si el motor tuviese solo un par de polos.


Estator
El estator es el elemento que opera como base, permitiendo que desde ese punto se lleve a cabo la rotación del motor. El estator no se mueve mecánicamente, pero simagnéticamente. Existen dos tipos de estatores
a) Estator de polos salientes
b) Estator rasurado



El estator está constituido principalmente de un conjunto de láminas de acero al silicio (y se les llama "paquete"), que tienen la habilidad de permitir que pase a través de ellas el flujo magnético con facilidad; la parte metálica del estator y los devanados proveen los polos magnéticos.
Los polos de unmotor siempre son pares (pueden ser 2, 4, 6, 8, 10, etc.,), por ello el mínimo de polos que puede tener un motor para funcionar es dos (un norte y un sur).
Rotor
El rotor es el elemento de transferencia mecánica, ya que de él depende la conversión de energía eléctrica a mecánica. Los rotores, son un conjunto de láminas de acero al silicio que forman un paquete, y pueden ser básicamente de trestipos [figura 1.13]:
a) Rotor ranurado
b) Rotor de polos salientes
c) Rotor jaula de ardilla



Principio de Operación del Motor Síncrono
El devanado de campo en el rotor produce un flujo Øf en el entrehierro. Este flujo rota a una velocidad sincrónica ws rad/s, la cual es la misma que la velocidad del rotor. El flujo Øfa se une al devanado de fase del estator, por ejemplo la fase a,varia sinusoidalmente con el tiempo:

donde;

y p es el número de polos en el motor. Si asumimos Ns como un número equivalente de vueltas en cada devanado del estator, la fem inducida en la fase a es:

Este voltaje inducido en el devanado del estator es llamado voltaje de excitación cuyo valor rms es:

En controladores de motores sincrónicos, el estator es alimentado con un juego decorrientes trifásicas balanceadas, cuya frecuencia es:

La componente de la frecuencia fundamental de la corriente del estator produce una amplitud de flujo constante ØS en el entrehierro, la cual rota a la velocidad sincrónica ws. La amplitud de ØS es proporcional a las amplitudes de las componentes de la frecuencia fundamental en las corrientes del estator.
El voltaje resultante en el entrehierroes:

Todos estos fasores están definidos en la figura 2a. Basados en esta última ecuación y en diagrama fasorial, el circuito equivalente por fase de un motor sincrónico se muestra en la Figura 2b, donde Rs y LIs son la resistencia del devanado y la inductancia de fuga, respectivamente. Incluyendo la caída de voltaje a través de la Rs y LIs en la fase a es:

El diagrama fasorial de esta...