Motores Síncronos y sus Aplicaciones en la Industria

UNIVERSIDAD VERACRUZANA
FACULTAD DE INGENIERIA
MECANICA ELECTRICA
“Motores Sincronos y sus Aplicaciones en la Industria”
TESINA
PARA ACREDITAR EXPERIENCIA RECEPCIONAL
PRESENTAN:
Mogollón Marcelino Ángel de Jesús
Vargas Rodríguez José Giuseppe
DIRECTOR DEL TRABAJO RECEPCIONAL:
Ing. Ramón Chazaro Aparicio
POZA RICA DE HGO, VER.
2013
Motores Síncronos y sus Aplicaciones en la Industria
INDICE
Contenido
Pag.
Introducción……………………………………………...……………………………….. 4
Capitulo I
1.1 Justificación........................................................................................................ 6
1.2 Naturaleza, sentido y alcance del trabajo……………………...………………… 7
1.3 Explicación de la estructura del trabajo …………………………………………… 8
1.4 Enunciación del tema ……………………………………………………………….. 9
Capitulo II
2.1 Planteamiento del problema ……………………………………………………….12
2.2 Marco contextual …………………………………………………………………... 13
Marco Teórico
2.3 Conceptos básicos de un motor síncrono…………………….…………………..14
2.3.1 Generalidades de un motor síncrono………………………………………….. 14
2.3.2 El modelo de circuito y sus ecuaciones ………………….………………….…17
2.3.3 Operación en estado estacionario de un motor síncrono……..…………….. 22
2.3.4 Construcción de un motor síncrono……………………………………………. 26
2.4 Arranque de un motor síncrono…………………………………………………... 30
2.4.1 Arranque de los motores síncronos……………………………………………. 30
2.4.2 Arranque de un motor reduciendo la frecuencia eléctrica…………………… 31
2.4.3 Arranque de un motor utilizando devanado amortiguador…………………... 32
2.4.4 Método de arranque de un motor síncrono mediante un
Motor primario externo…………………………………………………………... 34
2.4.5 Arranque automático…………………………………………………………….. 35
2.5 Aplicación de los motores síncronos en la industria…………………………… 37
2.5.1 Generalidades del factor de potencia………………………………………….. 37
2.5.2 Motor síncrono subexcitado…………………………………………………….. 42
2.5.3 Sobrexcitación de un motor síncrono…………………….……………………. 44
2.5.4 Mejoramiento del factor de potencia en la industria…………………………. 47
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2.5.5 Limite económico de la mejora del factor de potencia………………………. 49
2.5.6 Condensador síncrono como regulador de tensión………………………….. 50
2.6 Diversidad de motores síncronos………………………………………………… 52
2.6.1 Motor supersincrono…………………………………………………………….. 53
2.6.2 Motor de reluctancia…………………………………………………………….. 54
2.6.3 Motor de histéresis………………………………………………………………. 57
2.6.4 Motor subsincrono……………………………………………………………….. 59
2.6.5 Motor síncrono sin escobillas…………………………………………………… 61
2.7 Análisis críticos de los diferentes enfoques……………………………………... 67
Capitulo III
3.1 Conclusiones……………………………………………………………………….. 69
3.2 Anexo ………………………………………………………………………………...70
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INTRODUCCION
Las maquinas eléctricas han sido un aporte muy importante para la
industria, se pueden encontrar en cualquier lugar relacionado con este ámbito. Las
maquinas eléctricas se clasifican en diferentes tipos ya sean motores,
generadores o transformadores.
En este trabajo analizaremos los motores eléctricos, los cuales son
maquinas eléctricas capaces de transformar la energía eléctrica en energía
mecánica por medio de campos electromagnéticos, estos funcionan tanto con
corriente continua como con corriente alterna. Los motores eléctricos que
funcionan con corriente alterna son los motores síncronos y los asíncronos.
En esta tesina solo nos centraremos en analizar a los motores eléctricos
síncronos y la importancia que tienen en el ámbito industrial y su utilización.
En el desarrollo del tema se explicaran conceptos relacionados con los
motores síncronos para posteriormente ir analizando brevemente su construcción
para así pasar a ver su funcionamiento.
El siguiente aspecto a analizar será la función del motor síncrono en la
industria, debido a que este se utiliza para corregir el factor de potencia, por lo
tanto se analizaran el como debe de funcionar un motor de este tipo para poder
lograr dicha corrección.
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CAPITULO I
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1.1.- JUSTIFICACIÓN
El siguiente trabajo presentara una recopilación de la información más
relevante y sintetizada de lo que son los motores síncronos.
La importancia de hacer un trabajo donde se presente información
relacionada con este tipo de motores es debido a como, en los últimos años, el
tema del ahorro de energía ha tomado gran relevancia. Es debido a esto, y como
se expondrá mas adelante, que los motores síncronos son maquina eléctricas que
cumplen una función importante en este rubro, tanto a nivel industrial como
comercial.
El estudio de las maquinas síncronas es de vital relevancia en el
apuntalamiento de conocimientos eléctricos en la vida universitaria del estudiante
de ingeniería mecánica eléctrica, es por eso que la exposición del presente trabajo
resulta practico para su consulta.
En la información que se presenta en este trabajo se encuentra las
principales definiciones, características, usos y ventajas de los motores síncronos.
Tratando de que la información pueda ser usada y comprendida para los
estudiantes y profesores
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1.2.- NATURALEZA, SENTIDO Y ALCANCE DEL TRABAJO
Sabemos que una de las fuentes principales para impulsar el desarrollo de
las industrias, comercios de ciudad, del bienestar de los usuarios para poder
disfrutar de las comodidades en su hogar es la energía eléctrica, que proviene de
los centros de generación.
La energía eléctrica es la fuerza motriz con la que trabaja los motores
síncronos que son indispensables para realizar trabajos mecánicos y eléctricos
que derivan en los beneficios antes mencionados para la humanidad.
Estos motores eléctricos son necesarios en la industria eléctrica, textil,
ensambladora, etc., tanto para la generación de un trabajo mecánico como para
elevar la eficiencia eléctrica del circuito en lo cual nos adentraremos en el presente
trabajo, este punto en particular es importante en la industria en general tanto en
un aspecto técnico como económico, razón por la cual resulta conveniente la
investigación de los motores síncronos.
El sentido del presente trabajo es explicar los problemas, las funciones y las
derivaciones del motor síncrono. Además se pretende que la presente
investigación sea para el beneficio de y desarrollo de la industria en general.
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1.3.- EXPLICACION DE LA ESTRUCTURA DE TRABAJO
El presente trabajo consta de 4 subtemas los cuales permite desarrollar el
trabajo de una manera eficaz, los subtemas son los siguientes:
SUBTEMA I CONCEPTOS BASICOS DE UN MOTOR SINCRONO.- En
este subtema se hablara de los conceptos básicos del motor síncrono, así como
sus ecuaciones y su construcción.
SUBTEMA II ARRANQUE DE UN MOTOR SINCRONO.- El principio
fundamental de cualquier tipo de motores (mecánicos o eléctricos) es su par de
arranque , por lo cual se hará una explicación de las diferentes formas de
arranque de un motor.
SUBTEMA III APLICACION DE LOS MOTORES SINCRONOS EN LA
INDUSTRIA.- Los motores síncronos no solo se utilizan para realizar un esfuerzo
mecánico, por eso en este subtema explicaremos efectos del motor síncrono los
cuales ayudan para mejorar la eficiencia de circuitos eléctricos dentro de la
industria, lo cual repercute en la economía de las industrias que emplean los
motores síncronos.
SUBTEMA IV DIVERSIDAD DE LOS MOTORES SINCRONOS .- Las
características de los motores de inducción a orillado a la investigación
y
desarrollo de nuevos motores síncronos con las ventajas de lo motores de
inducción , por eso hacemos repaso de los diversos tipos de motores síncronos
como el motor síncrono sin escobillas , motor supersincrono , motor subsincrono,
motor de histéresis, motor de reluctancia y motor síncrono de inducción ( motores
monofásicos y también motores síncronos de potencia fraccionaria)
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1.4.- ENUNCIACION DEL TEMA
En los últimos años la palabra ahorro ha tomado una gran importancia
buscando sobre todo una sustentabilidad tanto económica como ecológica. Para
poder llegar a la optimización
en estos rubros, la ciencia a descubierto que
ahorrando energía se podrá llegar a ese objetivo.
Ya sea en el comercio, en el hogar o, como centraremos en este trabajo, en
la industria el ahorro es importante.
Al realizar algún trabajo en cualquiera de las áreas antes mencionadas se
necesita utilizar energía la cual es tomada de recursos naturales, entonces entre
mas energía se requiera mas recursos se necesitan y por ende, hay que saber,
que la mayoría de estos recursos se agotan.
A la par con esto también habrá que tomar en cuenta que al requerir
energía también habrá que pagar por esta, por consiguiente, entre mayor
demanda energética se requiera mayor será el precio a pagar. Por lo cual el
aspecto económico toma mayor relevancia.
Es por esto que toma importancia el motor síncrono, por que como se
expondrá a detalle en uno de los subtemas, el uso de este dispositivo eléctrico en
la red, eleva los niveles de eficiencia y así bajan los costos de producción.
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CAPITULO II
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2.1.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA
La importancia del ahorro de energía en el ámbito industrial es un tema que
ha tomado importancia en los últimos años y para esto es fundamental buscar
soluciones que coadyuven a tal ahorro. Es por esto la importancia de los motores
síncronos que sirven en gran parte en el ahorro de la energía eléctrica lo que,
relacionado con otras áreas de la industria, podemos mencionar que un ahorro de
energía conlleva a un ahorro económico.
El propósito específico de este trabajo es generar la información básica y
necesaria que permita entender de manera puntual el concepto de lo que es un
motor síncrono y sus aplicaciones en el área industrial
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2.2.- MARCO CONTEXTUAL
El presente trabajo se realiza en un entorno netamente industrial (industria
eléctrica) por lo cual tiene un enorme impacto en la región, ya que como se vera
en la investigación el motor síncrono realiza funciones tanto mecánicas como
eléctricas.
Encontrándonos en una región industrial la investigación es útil para la
comprensión del estudiante de los aspectos técnicos, teóricos y prácticos, y así
desenvolverse mejor en el campo de trabajo deseado
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MARCO TEORICO
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2.3.- CONCEPTOS BÁSICOS DE UN MOTOR SÍNCRONO
2.3.1.- Generalidades de un Motor Síncrono
En 1888 se registraron una serie de patentes para dinamos, motores y
transformadores de corriente alterna los cuales fueron un avance muy importante
en la construcción de la primera hidroeléctrica del mundo, la del Niagara. Estas
patentes eran obra del excéntrico creador de origen croata Nikola Tesla, que
después de su llegada al continente americano en 1884 y de trabajar un tiempo
con Edison, Tesla intuyo las ventajas de las corriente alterna y fue así como
nacieron los motores eléctricos, tanto de inducción, como los motores de los que
tomaremos parte en este trabajo, los motores síncronos
Las maquinas eléctricas son dispositivos que permiten convertir energía
mecánica en energía eléctrica o la energía eléctrica en energía mecánica, cuando
el dispositivo cae en el primer caso se le denomina generador, cuando el
dispositivo cae en el segundo caso se le denomina entonces motor.
De acuerdo a la orientación del trabajo nos centraremos en lo que es un
motor eléctrico. Las ventajas que representa un motor eléctrico a comparación de
un motor de combustión interna, también utilizado en la vida diaria y en el ámbito
industrial, son que no necesita de algún combustible fósil para poder funcionar lo
que quiere decir que en el caso de que alguien busque generar energía mecánica
de una manera mas limpia resultan ser una mejor opción.
Los motores eléctricos pueden clasificarse de varias maneras ya sea que
sean polifásicos o monofásicos, después de esto los motores pueden ser ya sea
de inducción o, los motores relacionados con el tema, los motores síncronos.
Para entender la diferencia entre estos 2 y posteriormente entender lo que
es el motor síncrono hablaremos brevemente de los que es el motor de inducción.
El motor de inducción, basado básicamente en el funcionamiento de lo que
es la maquina de inducción y también llamados motores asíncronos, es una
maquina de excitación doble que tiene una tensión de c.a. aplicada a su devanado
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de estator (inducido) como a su devanado retórico. Dentro de los motores de
inducción se encuentran los motores de construcción de jaula de ardilla, la
construcción más sencilla de los motores eléctricos, ya sean síncronos o
asíncronos, se dice así debido a que no tiene colector, ni anillos razantes, ni
contactos móviles entre el rotor y el estator. Entre las ventajas que pueden citarse
es su funcionamiento sin necesidad de mantenimiento, aplicación en lugares
inaccesibles y funcionamiento en lugares adversos en los que el polvo y otros
materiales abrasivos constituyen un factor a considerar.
La desventaja de los motores de inducción con respecto a los motores
síncronos, y además de gran importancia en el ámbito industrial, es el hecho de
que los motores síncronos pueden operar con mayor potencia que los llamados
motores asíncronos.
Después de estudiar brevemente a los motores asíncronos entender
superficialmente su funcionamiento pasaremos a explicar los motores síncronos.
Ahora bien, se dice que los motores eléctricos actúan como generadores
mientras se va teniendo en ellos el efecto motor. Existen 2 factores que podían ser
la causa del funcionamiento como motor de un alternador y que a su vez este
recibiese potencia sincronizante de las barras (o de otros alternadores conectados
en paralelo).

El primer factor es una disminución de la excitación y de la fem
generada (inferior a la tensión de las barras)

El segundo factor es una disminución de la velocidad instantánea de
la maquina de c.a.
Cuando uno de estos 2 factores aparece la maquina de corriente alterna
esta funcionando como motor síncrono.
Ya que sabemos como es que nace el sincronismo de un motor síncrono
pasaremos a explicar más a fondo el funcionamiento del sincronismo de estos
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motores. Par esto necesitaremos apoyarnos en la FIG. (1) que muestra un motor
síncrono de 2 polos.
FIG. 1.- Motor síncrono de 2 polos
La corriente de campo IF del motor produce un campo magnético de estado
estacionario BR. Un conjunto trifásico de voltajes se aplica al estator de la maquina,
que produce un flujo de corriente trifásica a los devanados.
Un conjunto trifásico de corrientes en el devanado del inducido produce un
campo magnético rotacional BS. Entonces los 2 campos magnéticos presentes en
la maquina, y el campo retórico tendera a alinearse con el campo estatórico así
como 2 barras magnéticas tenderán a alinearse si se colocan una cerca de la otra.
Puesto que el campo magnético del estator es rotante, el campo magnético del
rotor tratara constantemente de emparejarse con él. Cuanto mayor sea el ángulo
entre los 2 campos magnéticos (hasta cierto máximo), mayor es el par sobre el
rotor de la maquina. El principio básico de operación del motor síncrono es que el
rotor “persigue” el campo magnético rotante del estator alrededor de un circulo sin
emparejarse con él.
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2.3.2.- El Modelo de Circuito y sus Ecuaciones
Un motor síncrono es igual en todos los aspectos a un generador síncrono
excepto en que la dirección del flujo de potencia de la maquina es invertida.
Sabiendo esto cabe esperar que también se invierta la dirección del flujo de
corriente en el estator móvil. El circuito equivalente de un motor síncrono es
exactamente igual al de un generador síncrono excepto que en la dirección de
referencia IA esta invertida. El circuito equivalente completo resultante se muestra
en la FIG. (3), ya que el circuito equivalente por fase se muestra en la FIG. (4) Las
3 fases del circuito pueden estar conectadas en 𝝙 o 𝝪.
FIG. 3.- circuito equivalente completo de un motor síncrono trifásico
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Debido al cambio de
dirección
IA,
cambia también
la
ecuación
correspondiente a la Ley de voltajes de Kirchoff para un circuito equivalente.
Según esta ley para el nuevo circuito equivalente se obtiene la siguiente formula:
𝑉𝜙 = 𝐸𝐴 + 𝑗𝑋𝑆 𝐼𝐴 + 𝑅𝐴 𝐼𝐴
O bien:
𝐸𝐴 = 𝑉𝜙 − 𝑗𝑋𝑆 𝐼𝐴 − 𝑅𝐴 𝐼𝐴
Para comenzar a entender al motor síncrono lo analizaremos desde la
perspectiva del campo magnético.
Para esto es preciso dar otra mirada al generador síncrono conectado a un
barraje infinito. El generador tiene un motor primario gira su eje, causando su
rotación. El par aplicado 𝝉app desde el motor primario tiene la misma dirección del
movimiento debido a que el motor primario hace que el generador rote en primaria
instancia.
FIG. 4.- Circuito equivalente por fase
El diagrama fasorial del generador operando con una gran corriente de
campo se muestra en la FIG. (5). El diagrama de campo magnético
correspondiente se muestra en la FIG. (6). En la figura, la rotación del diagrama
fasorial y del diagrama del campo magnético se produce en sentido contrario a las
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manecillas del reloj, siguiendo la convención matemática estándar del incremento
del ángulo.
FIG 5.- Diagrama fasorial de un generador síncrono que opera a factor de potencia
en atraso
FIG 6.- Diagrama de campo magnético
El par inducido en el generador se puede encontrar a partir del diagrama de
campo magnético correspondiente. De las ecuaciones (a) y (b), el par inducido
esta dado por:
𝜏𝑖𝑛𝑑 = 𝑘𝐵𝑅 × 𝐵𝑛𝑒𝑡
(a)
O bien:
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𝜏𝑖𝑛𝑑 = 𝑘𝐵𝑅 𝐵𝑛𝑒𝑡 𝑠𝑒𝑛𝛿
(b)
Nótese que, partiendo del diagrama del campo magnético, el par inducido
en esta maquina esta en sentido de las manecillas del reloj, opuesto a la dirección
de rotación. En otras palabras el par inducido en el generador es un par contrario
opuesto a la rotación causada por el par externo aplicado 𝝉APP.
Suponga que en lugar de girar el eje en lugar del movimiento, el motor
primario pierde potencia de súbito y comienza a frenar el eje de la maquina. ¿Qué
ocurre ahora en la maquina? El rotor se retrasa debido al obstáculo en su eje y
queda detrás del campo magnético neto de la maquina (véase la FIG. 7). Como el
rotor, y por tanto BR, se retrasa y queda detrás de Bnet, la operación de la maquina
cambia de repente. Por la ecuación (a), cuando BR esta detrás de Bnet, la dirección
del par inducido se invierte y va en sentido contrario a las manecillas del reloj. En
otras palabras el par de la maquina sigue ahora la dirección del movimiento y la
maquina esta actuando como motor. El ángulo 𝞭 del par creciente resulta en un
par cada vez más grande que sigue la dirección de rotación hasta que, con el
tiempo, el par inducido del motor iguala al par de carga sobre su eje. En este
punto, la maquina operara de nuevo en estado estacionario y a velocidad crónica,
pero ahora como motor.
FIG. 7.- Diagrama fasorial de un motor síncrono
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El diagrama fasorial correspondiente a la operación como generador se
muestra
en la FIG.(5); el correspondiente a la operación como motor, en la
FIG.(7). La razón por la que la cantidad jXsIA apunta desde VΦ hacia EA hacia VΦ
en el motor es que la dirección de referencia de I A se invirtió en la definición del
circuito equivalente del motor y el generador en las maquinas síncronas puede
verse en un diagrama de campo magnético o en el diagrama fasorial. En un
generador EA esta delante de VΦ y BR esta delante de Bnet. En un motor, EA esta
detrás de VΦ
y
BR esta detrás de Bnet. En un motor, el par inducido sigue la
dirección del movimiento; en un generador, el par inducido es un par contrario,
opuesto a la dirección del movimiento.
FIG. 8.- Diagrama del campo magnético correspondiente
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2.3.3.- Operación en Estado Estacionario de un Motor Síncrono
En esta parte analizaremos el comportamiento de los motores síncronos en
condiciones variables de carga y corriente de campo, para así mas adelante
analizar más a fondo la corrección del factor de potencia con el uso de motores
síncronos. Para este análisis ignoraremos la resistencia del inducido.
Para empezar el análisis comenzaremos definiendo la curva característica
de par – velocidad de los motores síncronos. Debido a que los motores síncronos
son suministran potencia a cargas que son básicamente dispositivos de velocidad
constante, al estar conectados a sistemas de potencia mucho más grande que los
motores individuales, los sistemas de potencia aparecen como barrajes infinitos
frente a los motores. Esto significa que el voltaje en las terminales y la frecuencia
del sistema serán constantes independientemente de la cantidad de potencia
tomada del motor. La velocidad de rotación del motor esta asociada a la
frecuencia eléctrica aplicada, de modo que la velocidad del motor será constante
independientemente de la carga. La curva característica de este motor se puede
mostrar en la FIG. (2). La velocidad en estado estacionario de un motor es
constante desde vacío hasta el par máximo que puede suministrar el motor, tal
que la regulación de velocidad de esta motor es 0%. La ecuación de par es:
𝜏𝑖𝑛𝑑 = 𝑘𝐵𝑅 𝐵𝑛𝑒𝑡 𝑠𝑒𝑛 𝛿
O bien:
𝜏𝑖𝑛𝑑 =
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3𝑉𝜙 𝐸𝐴 𝑠𝑒𝑛𝛿
𝜔𝑚 𝑋𝑆
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En Donde:
Tind= Par en el inducido
Br= Densidad del Campo Magnético en Estado Estacionario
Bs= Densidad del Campo Magnético Rotacional
Sen 𝞭= Seno del Angulo del Par
VΦ= Voltaje de fase
EA= Magnitud del voltaje en el inducido
𝟂m= Velocidad Angular Expresada en Radianes por Segundo
XS= Reactancia Síncrona
K= Es una constante que depende de la construcción de la maquina
síncrona, se expresa en radianes eléctricos
El par máximo ocurre cuando 𝞭 = 90o . Sin embargo, los pares normales de
plana carga son mucho menos que aquellos. En efecto, el par máximo puede
triplicar el par de plena carga de la maquina.
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FIGURA 2. –Característica par – velocidad de un motor síncrono. Puesto que la
velocidad del motor es constante su regulación de velocidad es cero
Cuando el par aplicado al eje del motor síncrono excede el par máximo, el
motor no puede permanecer mas enlazado al campo magnético y neto. En
cambio, el rotor empieza a disminuir la velocidad frente a ellos. Como el rotor
disminuye la velocidad, el campo magnético estatórico se entrecruza con el
repetidamente, y la dirección de un par inducido en el rotor se invierte a cada
paso. El enorme par resultante oscila primero en una forma y luego en otra
causando que el motor entero vibre con fuerza. La perdida de sincronización
después que se ha excedido el par máximo, se conoce como deslizamiento de
polos.
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El par máximo del motor esta dado por:
𝜏𝑚𝑎𝑥 = 𝑘𝐵𝑅 𝐵𝑛𝑒𝑡
O bien:
𝜏𝑚𝑎𝑥
3𝑉Φ 𝐸𝐴
=
𝜔𝑚 𝑋𝑆
Estas ecuaciones indican que cuanto mayor sea la corriente de campo (y
por tanto EA), mayor será el máximo par del motor. Por tanto, hay una ventaja en
la estabilidad, si se opera el motor con una gran corriente de campo o un gran EA.
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2.3.4.- Construcción de un Motor Síncrono
La construcción de un motor síncrono de c.a. es básicamente la misma que
la de un alternador, para entender bien como es que pueden funcionar de una
forma u otra utilizando formas de construcciones parecidas explicaremos las
construcciones de las maquinas síncronas
Existen 2 tipos de construcciones para las maquinas síncronas las cuales
son: de inductor fijo o de inductor móvil, las cuales explicaremos a continuación:
La construcción de una maquina síncrona con inductor fijo en el devanado
de excitación es alimentado mediante una fuente de c.c. El devanado del inducido
(o rotor) se saca al exterior a través de anillos rozantes como de un colector. Una
maquina así funcionara como un generador síncrono de inducido móvil o bien
como motor, todo dependerá según si la corriente de entrada es de c.c. en las
escobillas, o corriente alterna polifásica o monofásica en los anillos rozantes del
motor. Este tipo de maquina encuentra su aplicación mas importante en el
convertidor síncrono o rotatorio (véase la FIG. 10), que se utiliza para convertir la
corriente continua en corriente alterna o viceversa. Si se le aplica corriente
continua a las escobillas la maquina actuara como motor de c.c. y alternador de
c.a. simultáneamente. Si a los anillos rozantes se les aplica corriente alterna la
maquina funcionara como motor de c.a. y generador de c.c. simultáneamente. El
efecto generador y el efecto motor siempre tienen lugar simultáneamente y los
convertidores son acaso el mejor ejemplo de la utilización simultánea de ambos.
Una de sus ventajas constructivas es que en los grandes estatores
polifásicos, el devanado del inducido es más complejo que el devanado de
excitación. Las distintas bobinas e interconexiones pueden realizarse más
fácilmente en una estructura rígida fija que en un rotor, y el devanado del inducido
queda sujeto más firmemente cuando se construye sobre una estructura rígida
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FIG 9.- Sección transversal de la maquina síncrona
Ahora bien después de haber explicado el primer tipo de construcción de
las maquinas síncronas pasaremos a explicar la construcción de una maquina
síncrona de inductor móvil. En las maquinas síncronas con este tipo de
construcción, el devanado de excitación es alimentado mediante una fuente de
c.c. a través de 2 anillos rozantes y el inducido se conecta directamente a una
fuente polifásica de c.a. o a una carga.
FIG 10.- Sección axial del convertidor síncrono
Si el inducido (estator) se conecta a una alimentación de c.a. monofásica o
polifásica, la maquina funcionara como motor síncrono y el rotor girara a una
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velocidad síncrona en sincronismo con el campo giratorio que establece el
devanado del estator determinado por el numero de polos y la frecuencia de la
alimentación. Si el rotor, ya sea saliente como se indica en la FIG. (11) o liso,
como se le indica en la FIG. (12), se hace girar a una velocidad síncrona mediante
un motor primario, la maquina funcionara como alternador, ya sea monofásico o
polifásico, según las conexiones del inducido. Las conexiones del inducido
estatórico indicadas en la FIG. (12) son las que se requieren para obtener una
salida trifásica utilizando un rotor tetra polar.
FIG 11.- Maquina síncrona de polos salientes
FIG 12.- Maquina síncrona tetra polar de polos no salientes mostrando las
conexiones del inducido estatórico
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Básicamente la construcción del motor síncrono, y en resumidas cuentas, el
estator tiene un devanado monofásico o polifásico. El rotor es generalmente de
polos salientes, excepto en los tipos de velocidad muy elevada. Para eliminar
oscilaciones y desarrollar el par de arranque necesario cuando se aplica una c.a.
al estator, los polos del rotor contienen conductores en la cara del polo que están
cortocircuitados en sus extremos, como se muestra en la figura. Este devanado
amortiguador consta de barras de cobre homogéneo alojadas en la superficie de la
cara del polo y cortocircuitadas en cada extremo mediante conexiones
puenteadoras, como se muestra en la FIG (13).
FIG 13.- De izquierda a derecha: Polo de una maquina síncrona de c.a. y el
devanado amortiguador, jaula de ardilla o de arranque
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2.4.- ARRANQUE DE UN MOTOR SINCRONO
2.4.1.- Arranque de los Motores Síncronos
Existen 3 métodos básicos que pueden utilizarse para arrancar un motor
síncrono de forma segura.
1.- Reducir la velocidad del campo magnético del estator hasta un valor
suficiente bajo control como para que el rotor se pueda acelerar y enganchar con
el durante medio ciclo de rotación del campo magnético. Esto se puede hacer
reduciendo la frecuencia de la potencia eléctrica.
2.- Usar un devanado amortiguador.
3.- usar un motor primario externo para acelerar el motor síncrono hasta la
velocidad de sincronismo, seguir el procedimiento para ponerlo en paralelo y
poner a la maquina en línea como un generador. Luego, al apagar o desconectar
el motor primario harán de la maquina síncrona un motor.
El problema esencial
de este subtema es encontrar
como el motor
alcanza la velocidad síncrona lo cual da respuesta los tres métodos anteriores,
pero generalmente en la industria existe el inconveniente de un mal arranque del
motor.
La razón de la incapacidad para arrancar es que, desde el instante en que
se cierra el interruptor de línea, el flujo magnético producido por el estator se
mueve a plena velocidad síncrona. Como el alternador todavía no se esta
moviendo, hay un par alternativo hacia un sentido y después en sentido contrario
conforme el flujo del estator pase al flujo del rotor, conforme el flujo en movimiento
se aproxima a un polo opuesto de flujo del rotor que ahora es fijo, se desarrolla un
par, primero en la dirección equivocada y finalmente en la dirección correcta. El
rotor tiene un movimiento minúsculo, pero no se puede acelerar hasta la velocidad
síncrona antes de que el flujo móvil correcto se aleje.
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Esto tiene como
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consecuencia que el motor vibre fuertemente con cada ciclo eléctrico y finalmente
se recalienta, tal aproximación al arranque del motor síncrono.
2.4.2.- Arranque del Motor Reduciendo la Frecuencia Eléctrica.
Si el campo magnético del estator de un motor sincrónico rota a una
velocidad suficientemente baja, no habrá dificultad para que el rotor acelere y se
enlace con el campo magnético del estator. La velocidad de los campos
magnéticos estatóricos se puede aumentar entonces hasta la velocidad de
operación, incrementando gradualmente f hasta su valor normal de 50 o 60 Hz.
Este método de arranque de los motores sincrónicos tiene gran sentido
pero también tiene un grave problema ¿de donde se puede obtener la frecuencia
eléctrica variable? los sistemas normales de potencia se regulan cuidadosamente
a 50 o 60 Hz por lo que, hasta hace poco, cualquier fuente de voltaje de frecuencia
variable debía provenir de un generador especifico. Tal situación no era práctica,
excepto en algunas circunstancias excepcionales.
Actualmente ya no se tiene este problema. La clave de esto esta en los
rectificadores inversores y los ciclo convertidores, que pueden utilizarse para
convertir una entrada de frecuencia constante a cualquier frecuencia de salida
deseada. El desarrollo de tales accionamientos de estado solido y frecuencia
variable modernos posibilita el control continuo de la frecuencia eléctrica aplicada
al motor en todo el rango desde una fracción de Hz hasta la frecuencia nominal
mas elevada.
Si se incluye tal unidad controladora de frecuencia variable en el circuito
motor control para controlar la velocidad, entonces es muy fácil poner en marcha
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los motores sincrónicos: simplemente se ajusta la frecuencia a un valor muy bajo
para el arranque y luego se eleva hasta la frecuencia de operación deseada para
el funcionamiento normal.
Cuando se opera un motor sincrónico a una velocidad mas baja que la
nominal, su voltaje interno generado Ea= KΦ𝟂 será menor que el normal. Si Ea se
reduce en magnitud, debe reducirse el voltaje aplicado a los terminales del motor
para mantener la corriente del estator en niveles seguros. En todo controlador de
frecuencia variable o circuito arrancador de frecuencia variable, el voltaje debe
variar casi linealmente con la frecuencia aplicada.
2.4.3.- Arranque de un Motor Utilizando Devanado Amortiguador
La técnica más popular para el arranque de motores sincrónicos es utilizar
devanados amortiguadores: Estos devanados son barras especiales dispuestas en
ranuras labradas en la cara del rotor del motor sincrónico y cortocircuitado en cada
extremo por un anillo de corto circuito. Estos devanados tienen dos objetivos:
a).- Hacer que el motor arranque como un motor de inducción
b).- Impedir la oscilación de velocidad o penduleo
El penduleo es una fluctuación o variación periódica de la velocidad del
rotor con respecto a la del campo magnético rotatorio del estator y puede ser
producido por los siguientes aspectos
1.- Un cambio brusco de carga mecánica2.- Un cambio brusco de la tensión de c-a
3.- Un cambio brusco de la excitación o intensidad de c-c
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Las funciones y partes principales para arrancar un motor por medio de este
método son:

El devanado de estator o inducido: Produce un campo magnético rotatorio
cuando circula por el corriente trifásico de una línea.

El devanado de rotor o inductor: Magnetiza en forma fija los polos del rotor
cuando es alimentado por una fuente de c-c exterior.

El devanado amortiguador: Se utiliza para arrancar el motor y para evitar
las oscilaciones de velocidad bajo carga.

Escobillas: La función de las escobillas es transmitir la tensión y corriente
de la fuente de alimentación hacia el colector y, por consiguiente, al
bobinado del rotor.

Porta escobillas: La función del porta escobillas es mantener a las
escobillas en posición de contacto firme con los segmentos del colector.
Algunos dispositivos auxiliares para el arranque del motor son:

Interruptor y resistencia de descarga: Son elementos utilizados para
proteger el devanado polar contra las altas tensiones inducidas ( Por
transformación ) por el devanado principal o de estator durante el arranque,
así como de las auto inducidas en el devanado de campo cuando se
desconecta la fuente de excitación.

Reóstato de campo: Este dispositivo se utiliza para variar la corriente del
circuito decampo. Los cambios de corriente de campo afectan la fuerza del
campo magnético establecido por el rotor giratorio de campo. Las
variaciones de la fuerza del campo del motor no afecta la velocidad del
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motor, puesto que este último seguirá funcionando a velocidad constante:
Sin embargo, los cambios en la excitación del campo de c-c cambiarán el
factor de potencia del motor sincrónico.
2.4.4.- Método de Arranque
de un Motor Síncrono Mediante un Motor
Primario Externo
Este método, como se puede entender en el nombre, consiste en fijarle un
motor externo para poder llevar hasta la velocidad plena a la maquina síncrona.
Entonces, la maquina síncrona puede estar conectada en paralelo con su sistema
de potencia como un generador, y el motor de arranque puede desacoplarse del
eje de la maquina. Posteriormente, el
eje de la maquina se desacelera y la
maquina sincrónica comienza a actuar como motor. Una vez estando en paralelo
se ha completado el motor síncrono se puede cargar de manera normal.
Muchos motores síncrono forman parte forman parte de conjuntos Motor –
Generador y en estos tipos de conjuntos, la otra maquina puede servir como
motor de arranque de la maquina sincrónica. Además el motor de arranque solo
necesita vencer la inercia del motor, el motor de arranque
puede tener una
capacidad mucho menor que la del motor síncrono que se va a arrancar.
Dado que la mayoría de los motores síncronos poseen sistemas de
excitación sin escobillas montados en sus ejes con frecuencia es posible utilizar
esos excitadores como motores de arranque.
Para motores síncronos de mediana y de gran potencia, la única solución
posible puede ser un motor externo de arranque o un arrancador que utiliza el
excitador ya que los sistemas de potencia a los que están unidos no están en
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capacidad de soportar las corrientes de arranque requeridas al utilizar las técnicas
de los devanados de amortiguación.
2.4.5.- Arranque Automático
Para poder analizar el arranque automático nos basaremos en el diagrama
unifilar que se muestra en la siguiente figura:
FIG. 14.- Diagrama unifilar de un arranque automático
El proceso es se describe a continuación: Primero habrá que se cerrar el
interruptor 1 que alimenta al estator del motor. En el instante del arranque el rotor
posee la frecuencia de la red eléctrica de distribución.
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En el circuito del rotor, que alimenta la resistencia de arranque, para que
ésta absorba la tensión elevada de las bobinas de los polos, aparece una
diferencia de potencial a los bornes de la reactancia. Esta diferencia de potencial
alimenta una bobina de relé polarizado, que mantiene abierto los contactos del
mismo. Debido a la jaula de ardilla que poseen los polos del motor, la maquina
arranca como motor asíncrono. Conforme aumenta la velocidad del rotor su
frecuencia disminuye, por consiguiente disminuye la diferencia de potencial a los
bornes de la reactancia hasta que esta no pueda mantener el yugo de relé, ya
cercano a la velocidad del sincronismo, y cierra los contactos de él. Al cerrarse
este contacto se alimenta la bobina del contactor, quien cierra los interruptores 2 y
abre el 3; quedando de este modo alimentado el rotor por corriente continua y
funcionando en sincronismo.
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2.5.- APLICACIÓN DE LOS MOTORES SINCRONOS EN LA INDUSTRIA
2.5.1.- Generalidades del Factor de Potencia
Para este subtema es muy importante el anunciamiento de un término que
dentro de la industria eléctrica es tema para importantes investigaciones nos
referimos al factor de potencia, por lo que es conveniente hacer una definición del
mismo.
Definiremos al factor de potencia como: Es un indicador cualitativo y
cuantitativo del correcto aprovechamiento de la energía eléctrica.
También podemos decir, el factor de potencia es un término utilizado para
describir la cantidad de energía eléctrica que se ha convertido en trabajo.
Como el factor de potencia cambia de acuerdo al consumo y tipo de carga,
repasaremos algunos conceptos para expresar matemáticamente el factor de
potencia.
¿Qué es Potencia?
La medición de potencia en corriente alterna es más complicada que la de
corriente continua debido al efecto de los inductores y capacitores. Por lo que en
cualquier circuito de corriente alterna existen estos tres parámetros de inductancia,
capacitancia y resistencia en una variedad de combinaciones.
En circuitos puramente resistivos la tensión (V) está en fase con la corriente
(i), siendo algunos de estos artefactos como lámparas incandescentes, planchas,
estufas eléctricas etc. Toda la energía la transforma en energía lumínica o energía
calorífica.
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Mientras que en un circuito inductivo o capacitivo la tensión y la corriente
están desfasadas 90 ° una respecto a la otra. En un circuito puramente inductivo la
corriente está atrasada 90 ° respecto de la tensión. Y en un circuito puramente
capacitivo la corriente va adelantada 90 ° respecto de la tensión.
La potencia se puede definir como la capacidad para efectuar un trabajo, en
otras palabras, como la razón de transformación, variación o transferencia de
energía por unidad de tiempo.
Existen tres tipos de potencia:
POTENCIA ACTIVA P = V • I • Cos Θ: Los diferentes dispositivos eléctricos
convierten energía eléctrica en otras formas de energía como: mecánica, lumínica,
térmica, química, entre otras. Esta energía corresponde a la energía útil o potencia
activa o simplemente potencia, similar a la consumida por una resistencia.
Expresada en watts.
Carga
POTENCIA REACTIVA : Los motores, transformadores y en general todos
los
dispositivos
eléctricos
que
hacen
uso
del
efecto
de
un
campo
electromagnético, requieren potencia activa para efectuar un trabajo útil, mientras
que la potencia reactiva es utilizada para la generación del campo magnético,
almacenaje de campo eléctrico que en sí, no produce ningún trabajo. La potencia
reactiva esta 90 ° desfasada de la potencia activa. Esta potencia es expresada en
volts-amperes reactivos. (VAR).
POTENCIA APARENTE: Es la que resulta de considerar la tensión aplicada
al consumo de la corriente que éste demanda. Es también la resultante de la suma
de los vectores de la potencia activa y la potencia reactiva.
Esta potencia es expresada en volts-amperes (VA).
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El factor de potencia (fp) es la relación entre las potencias activa (P) y
aparente (S) si las corrientes y tensiones son señales sinusoidales. Si estas son
señales perfectamente sinusoidales el factor de potencia será igual al cos Θ, o
bien el coseno del ángulo que forman los fasores de la corriente y la tensión,
designándose en este caso como cosΘ el valor de dicho ángulo.
¿Por qué existe bajo factor de potencia?
La potencia reactiva, es necesaria para producir el flujo electromagnético
que pone en funcionamiento elementos como: motores, transformadores,
lámparas fluorescentes, equipos de refrigeración, entre otros. Cuando la cantidad
de estos equipos es apreciable, un alto consumo de energía reactiva puede
producirse como consecuencia.
Entre las principales consecuencias de un bajo factor de potencia podemos
mencionar los siguientes:
- Aumento en la corriente
Incrementan las pérdidas por efecto Joule las cuales son una función del
cuadrado de la corriente, ejemplo:
-Los cables entre el medidor y el usuario
-Los embobinados de los transformadores de distribución
-Dispositivos de operación y protección
- Aumento en la caída de tensión resultando en un insuficiente suministro
de potencia a las cargas, éstas sufren una reducción en su potencia de salida.
Esta caída de tensión afecta a:
-Embobinados de transformadores de distribución
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-Cables de alimentación
-Sistema de protección y control
- Estas desventajas también afectan al productor y al distribuidor de energía
eléctrica. El productor penaliza al usuario con factor de potencia bajo haciendo
que pague más por su electricidad.
Es por esta razón que las compañías de electricidad cargan tarifas más
altas cuando el factor de potencia es bajo.
También se llama factor de potencia al:
- Coseno del ángulo (cos Θ) entre los vectores de potencia aparente y potencia
real.
- Coseno del ángulo (cos Θ) entre los vectores de Impedancia y resistencia.
La potencia en corriente alterna, consumida por una un circuito con
elementos resistivos (resistencias) y reactivos (capacitores y/o inductores) se
puede obtener con las siguientes fórmulas:
𝑃 = 𝐼 × 𝑉 × cos 𝜃
Ó
𝑃 = 𝐼𝑅𝑀𝑆 × 𝑉𝑅𝑀𝑆 × cos 𝜃
Ver el siguiente circuito y el correspondiente diagrama fasorial. (a pesar de
que el diagrama representa un valor inductivo, el procedimiento es válido en
sentido general)
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FIG 15.- Triangulo de potencias
En la resistencia R la corriente está en fase con la tensión en la resistencia
VR y se sabe que la potencia (potencia real) que se disipa en una impedancia (R +
jX), se debe solo a la resistencia.
Entonces:
𝑃 = 𝐼 × 𝑉𝑅
Del diagrama fasorial:
𝑉𝑅 = 𝑉 cos 𝜃
Combinando las dos últimas fórmulas se obtiene: P = I x Vcos(0)
Comparando esta última ecuación con la expresión: P = I x V x factor de
potencia, se deduce que:
Factor de potencia = cos(Θ)
Donde Θ es el ángulo de fase de la impedancia o lo que es lo mismo el
ángulo entre la tensión y la corriente en el circuito.
Entonces:
Factor de potencia = f.p. = cos(Θ) = VR / V = R / |Z|
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Donde: |Z| significa: el valor absoluto de Z. (El valor de Z es siempre
positivo, sin tomar en cuenta el signo)
El valor del ángulo siempre estará entre:
- 0º: Cuando entre V e I no hay desfase (circuito totalmente resistivo).
Cos(0) = 1. Factor de potencia = 1
- 90º: Cuando entre V e I hay un desfase de 90º (circuito totalmente
reactivo).
Cos(0) = 0. Factor de potencia = 0
2.5.2.- Motor Síncrono Subexcitado
Cuando se debilita la excitación de un motor shunt de c.c el motor se
acelera hasta que su fcem alcanza el valor correspondiente a la corriente del
inducido en la condición particular de la carga.
Cuando se debilita la excitación de un motor síncrono, el motor no puede
acelerar indefinidamente, puesto que debe funcionar a una velocidad media
constante. Sin embargo, el motor toma corriente en retraso y esta corriente ejerce
dos efectos.
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FIG 16.- Efecto magnetizante de la retrasada sobre los polos de un
motor síncrono
La figura anterior muestra una espira, de puntos cuyo eje esta en la
posición Y. En esta posición, los lados de la espira están frente a los centros de
las cargas polares y la fcem es, por consiguiente, máxima. La tensión en bornes,
que esta desfasada 1800 respecto a la fcem, tiene su valor máximo también para
esta posición de la espira de puntos respecto a los polos N y S en la figura
anterior. Si la corriente se retrasa 900 respecto de la tensión en bornes, no
alcanzara su valor máximo hasta que el eje de la espira alcance la posición X. La
corriente, en estas condiciones, tiene un sentido tal que refuerza el polo S. por lo
tanto, en el motor síncrono, una corriente retrasada refuerza el campo por efecto
de la reacción del inducido. En condiciones de subexcitación, el motor absorbe
una corriente en retraso que refuerza el campo el campo por medio de la reacción
de inducido y se opone al efecto que produce la disminución de la corriente de
excitación.
Cuando disminuye la excitación del motor, éste no queda suficientemente
excitado por la corriente continua. Por consiguiente, debe tomar esta excitación
semejante a lo que ocurre en el motor de inducción que, sin embargo, toma toda
su excitación de la línea de c.a por medio de su corriente.
El motor síncrono con polos salientes funcionara generalmente incluso sin
corriente de excitación. Si el rotor de polos salientes, esta sin excitación y se lleva
a una velocidad próxima a la del campo giratorio, las líneas de flujo del estator
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harán tomar al rotor una posición tal que haga que la reluctancia magnéticas sea
mínima y el flujo máximo. Para poder realizar esto, las piezas polares del rotor.
Cuando este gira, se enlazan a los polos producidos por el arrollamiento del
estator. Estos polos giratorios del estator tiran de los polos salientes del rotor
arrastrándolos consigo y haciendo posible, de esta forma, que el motor lleve una
carga limitada sin excitación de corriente continua. Aunque el motor pueda lograr
tal resultado, su factor de potencia será, sin embargo, muy pequeño y la corriente
estará retrasada, no siendo conveniente ninguna de las dos cosas.
2.5.3.- Sobrexcitación de un Motor Síncrono
El comportamiento de una maquina síncrona es diferente dependiendo de
la maquina síncrona de la cual estemos hablando. En este caso describiremos el
comportamiento
del
motor
síncrono
funcionando
con
sobrexcitación,
o
condensador síncrono, llamado así cuando el motor síncrono posee ese efecto.
Antes de comenzar a describir el comportamiento del motor síncrono con
sobrexcitación hablaremos brevemente de como es que se comporta un motor tipo
shunt (motor de excitación en paralelo de corriente continua). Cuando se aumenta
la excitación en un motor shunt, existe un aumento de la fcem (fuerza contra
electromotriz) inducida. Esto provoca una disminución de la corriente del inducido
y el par es menor, ya que la disminución de la corriente es mayor que el
correspondiente aumento de la excitación.
Como resultado, la velocidad del motor disminuye hasta que la fcem
desciende a un valor tal que permita el paso de la corriente suficiente para
soportar la carga.
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Ahora bien, cuando se aumenta la excitación, pero ahora de un motor
síncrono, la velocidad del motor no puede disminuir, excepto momentáneamente,
puesto que debe girar a una velocidad media constante. Por esto su fcem debe
aumentar cuando la excitación aumenta. Podría parecer que el motor debería
pararse, pues su fcem llegaría a ser mayor que la tensión en bornes. En cambio
en el motor shunt de corriente continua, efectivamente, una fcem mayor que la
tensión en bornes significaría que la maquina dejaría de funcionar como motor.
En cambio, el motor síncrono puede funcionar como tal incluso si su fcem
es mayor en magnitud que la tensión en bornes. Bajo estas condiciones, el motor
se dice que esta sobrexcitado. Es entonces cuando aparecen las 2 reacciones que
hacen posible el funcionamiento del motor síncrono con sobrexcitación.
En la primera reacción, el motor absorbe una corriente en avance, y una
corriente de este tipo, en un motor síncrono, debilita el campo. Esto se puede
explicar mejor basándonos en la FIG (17) que se muestra en la parte de abajo.
Muestra una espira del motor moviéndose de izquierda a derecha. Cuando el eje
de la espira esta en la posición Y, en que la espira se indica de puntos, sus lados
están debajo de los centros de los polos y la fcem inducida es máxima. Por la
regla de Fleming de la mano derecha, el sentido de la fcem inducida es hacia
adentro en el lado a debajo del polo N. Como la tensión en bornes esta
prácticamente en oposición de fase con la fem inducida, actúa en este instante
hacia fuera debajo del polo N, o sea, en el lado izquierdo a de la bobina y hacia
dentro en el lado derecho, como se indica.
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FIG 17.- Efecto desmagnetizante de la corriente avanzada en el campo de un
motor síncrono
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2.5.4.- Mejoramiento del Factor de Potencia en la Industria
Uno de los temas de mayor importancia en la industria es el mejoramiento
del factor de potencia, tanto del punto de vista técnico como económico, para
hacer mas eficiente el sistema eléctrico (mejorar el factor de potencia) se utilizan
los condensadores (capacitores)
o motores síncronos, debido al enfoque del
presente trabajo analizaremos a detalle el método del mejoramiento del factor de
potencia acoplando motores síncronos en la red eléctrica.
Los motores síncronos son muy utilizados en las instalaciones de fuerza
motriz, en los que pueden mejorar ampliamente el factor de potencia. Este hecho
es tan importante que muchas veces con este solo propósito se conectan los
motores síncronos a estos sistemas sin carga mecánica.
La carga eléctrica de la mayoría de fábricas e instalaciones consiste en
motores de inducción. Aunque el factor de potencia de dicho motor es
moderadamente grande cuando funciona con una carga próxima a la nominal, el
hecho de que los motores funcionen frecuentemente con cargas menores hace
que el factor de potencia sea
0.5 ó 0.6. Estos factores de potencia no son
convenientes, porque son causa de una regulación mala de los generadores,
transformadores o líneas. Como sea un factor de potencia bajo requiere de mayor
corriente para una misma potencia, los generadores, los transformadores y líneas,
deben tener características nominales mayores y los gastos del sistema
aumentan.
Este factor de potencia pequeño, que es debido a la corriente retrasada de
la carga, se puede mejorar con el empleo de un condensador síncrono (se definió
anteriormente que un condensador síncrono es un motor síncrono en alta
excitación) conectado en paralelo con ella y excitado de forma tal que absorba
corriente avanzada. El factor de potencia se puede llevar a la unidad. Una carga
trifásica que puede consistir en motores de inducción, absorbe la corriente I de
una línea trifásica de tensión V. El factor de potencia de la carga es cos Θ, con
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corriente retrasada. Esto significa que la corriente de la bobina retrasa respecto a
la tensión de la misma en el ángulo Θ. En sistemas trifásicos conviene se hallen
conectados en estrella y trabajen con la tensión de fase, puesto que el sistema
esta así equilibrado, es necesario considerar solamente una fase. Sea la tensión
de esta Vn = V √3. Descompongase la corriente I en dos componentes formando
un ángulo recto. Una componte I1 la corriente activa esta en fase con la tensión VN
.
La potencia por fase es:
𝑃 = 𝑉𝑛 𝐼 cos 𝜃 = 𝑉𝑛 𝐼1
Puesto que I1 = I COS Θ
La potencia es igual al producto de la tensión por la corriente activa.
La componente I2, en
es la corriente devatiada y no puede contribuir con la
potencia activa.
De esto se desprende que si se eliminase la corriente devatiada o se
neutralizase con otra corriente igual y en cuadratura pero avanzada, el factor de
potencia se elevaría a la unidad y la potencia del mismo no habría variado. Por
medio de un condensador síncrono conectado en paralelo con la carga, se obtiene
una corriente en cuadratura y avanzada Is igual a la corriente en cuadratura y
retrasada I2 (puesto que las pérdidas del condensador síncrono son pequeñas, se
puede suponer que la corriente Is avanza 900 respecto a Vn). La corriente total
suministrada a la carga es ahora It , ósea solamente la corriente activa, puesto que
I1 es la suma vectorial de I e Is . It está en fase con Vn ; por consiguiente ahora el
factor de potencia del sistema ahora es la unidad.
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2.5.5.- Limite Económico de la Mejora del Factor de Potencia
La corrección de potencia no suele intentarse en un sistema hasta el factor
unidad. Existe una razón económica para esto, a pesar del hecho de que existen
condensadores síncronos de elevada capacidad disponibles y (para la misma
potencia nominal en kVA) generalmente resultan menos caros que los motores
síncronos debido a que:

Arrancan y funcionan sin carga, sin requerir devanados especiales de
barras

Requieren menos diámetros de ejes y cojinetes más ligeros aunque sus
devanados de excitación son algo mayores.
La razón económica que pone un límite a la corrección máxima del factor de
potencia puede deducirse de los datos de la tabla del anexo (1) que se muestra a
continuación para un sistema de 10 000 kVA.
En la tabla se muestra que un sistema de 10 000 kVA funcionando a un
factor de potencia de 0.6 es capaz de suministrar sólo 6000 kW; mientras que, a
un factor de potencia podría suministrar 10 000 kW con la misma corriente y la
misma caída de tensión de línea. Sin embargo, cualquier aumento en la potencia
de salida, es a expensas de la potencia reactiva. Para mejorar el factor de
potencia de 0.65 a 0.70, por ejemplo, existe un aumento de potencia de salida de
500 kW con un coste de corrección de 460 kVAr. Para mejorar el factor de
potencia de 0.80 a 0.85 el aumento de 500 kW se hace para un coste de
corrección superior 730 kVAr.
Para cada nivel de factor de potencia sucesivamente superior, el coste de
los kVAr es mayor para una mejora ulterior 0.05 en el factor de potencia. De
hecho, para mejorar el factor de potencia de 0.95 a la unidad, el aumento de 500
kW en la potencia de salida implica un coste de corrección de 3210 kVAr.
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El coste monetario de los condensadores síncronos necesarios para las
capacidades aumentadas, los hace en general económicamente prohibitivos para
elevar el factor de potencia más allá del nivel de 0.85.
2.5.6.- Condensador Sincrónico como regulador de Tensión
El condensador síncrono posee otro huso particular en una instalación de
fuerza motriz, para esto nos basaremos en la FIG (18) que se presenta a
continuación:
FIG 18.- Motor síncrono para regular la tensión en el extremo de una línea de
transmisión
En este caso se muestra que si una carga, ya sea de motores o lámparas
por ejemplo, esta alimentada por una fuente de tensión constante Vs a través de
reactancias
inductivas,
la
tensión
Vr
en
la
carga
o
receptor
será
considerablemente menor que Vs, debido a las caídas de tensión en las
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reactancias y al hecho de que esta caída esta casi en fase con la tensión Vs. Es
aquí donde surge la importancia de un motor síncrono, debido a que, si se conecta
en paralelo la instalación con la carga de un motor síncrono funcionando con
sobrexcitación entonces absorberá la corriente avanzada, con esto no solo puede
hacerse la tensión Vr igual a Vs, sino incluso mayor.
En el caso de las líneas aéreas de transmisión, las cuales tienen una
reactancia inductiva en serie, conectando motores síncronos en el extremo de la
línea donde están los receptores y variando su excitación, se puede controlar la
tensión en la carga. Esta puede llegar a ser mayor que la tensión en el otro
extremo de la línea, lo que no es posible en corriente continua, a menos que se
introduzca energía en el sistema entre el generador y la carga.
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2.6.- DIVERSIDAD DE MOTORES SINCRONOS
2.6.1.- Motor Supersincrono
El término síncrono se refiere normalmente a la velocidad síncrona, el
motor súper- síncrono no trabaja con una velocidad super-sincrona, por lo tanto su
nombre no es valido. Este motor se construyo por la empresa inglesa General
Electric para suministrar un motor síncrono que tuviera arranque con muy altas
cargas.
El motor super-sincrono es capaz de desarrollar un par motor síncrono
máximo al arranque. sin embargo también necesita una construcción especial ,
esto se dificulta mas por el aspecto económico ya que es probablemente el motor
mas costoso de su tipo con respecto a su potencia .
En cuanto a su construcción el rotor del motor "supersincrono" es uno
normal de inducción de jaula con un devanado de corriente continua que resalta a
los anillos rozantes en el eje del rotor. Sin embargo, el estator completo puede
girar libremente en muñones, del mismo modo que una maquina de ca. Mientras
que este tiene un desplazamiento angular bajo, el estator se mueve libremente
sobre cojinetes a la velocidad sincrónica, por lo tanto el embobinado de la
armadura del estator también se excita mediante anillos rozantes. Se tiene un
freno grande alrededor del lado externo del armazón del estator para detener el
movimiento y asegurar al estator su posición de funcionamiento.
Ya que el rotor esta acoplado con las cargas, cuando se aplica un voltaje de
ca polifásico al estator sin estar aplicado al freno, el par de motor de inducción que
producen los polos del rotor reacciona contra los conductores del estator; esta
reacción imparte al estator un par que tiene la dirección contraria de giro de la
carga.
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El estator se acelera a medida que aumenta el voltaje de ca al estator. Y
cuando el estator alcanza la velocidad síncrona se le aplica el voltaje pleno de ca
además de la excitación del campo de cd. El estator entra en sincronismo con el
rotor detenido, sujeto por la inercia de la carga fija y pesada que se acopla con su
eje. En este instante, el motor trabaja como motor síncrono sin carga, generando
una fcem que limita su corriente en el estator.
El siguiente paso se aplica lentamente el freno al estator giratorio. Como el
motor síncrono debe girar a la velocidad síncrona, esto se debe compensar la
reducción de velocidad del estator por giro del rotor en la dirección opuesta, es
decir, para una velocidad síncrona de 1800 RPM una velocidad del estator de
1790 rpma en sentido contrario a de las manecillas del reloj necesita que la
velocidad del rotor sea de 10 RPM en el sentido de las manecillas del reloj. Por lo
tanto, el ángulo del par alfa aumenta para dar el par máximo al arranque de la
carga pesada que se aplica.
La corriente de armadura, aunque es alta, esta limitada por la FEM que se
genera en el estator. Si se reduce la velocidad de este aumentando el frenado,
aumenta la velocidad del rotor hasta que el estator queda detenido y el rotor gira
con toda la carga aplicada a la velocidad síncrona. Por lo tanto, los motores supersincronos son motores síncronos de par máximo capaces de arrancar y funcionar
con pares de 350 a 400 porciento del par a plena carga.
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2.6.2.- Motor de Reluctancia
Siguiendo la diversidad de los motores de potencias completas, los motores
síncronos de potencias fraccionarias (monofásicos en su mayoría), conservan la
característica de mantener la velocidad proporcional a la frecuencia (50 o 60 Hz).
A su vez, desde el punto de vista constructivo poseen también, el estator como los
motores de inducción, de tal manera de producir, un campo magnético giratorio,
cuando se lo excita con CA.
Por lo anterior mencionado es importante tomar en cuenta para el motor de
reluctancia y para los demás motores síncronos de potencia fraccionaria en cuanto
a sus generalidades y su construcción, por eso definiremos al estator del motor de
inducción como el ingrediente principal de motor de CA. El estator del motor de
inducción AC está formado por varias láminas delgadas de aluminio o hierro
fundido.
Se trata de un puñetazo y se sujetan entre sí para formar un cilindro hueco
(base del estator) con ranuras. Esto se muestra en la FIG. (19). Las bobinas de
cables aislados se insertan en las ranuras. Cada grupo de bobinas, junto con el
núcleo que rodea, forma un electroimán (un par de bastones) sobre la aplicación
de corriente alterna. El número de polos de un motor de inducción AC depende de
la conexión interna de los bobinados del estator. Los bobinados del estator se
conectan directamente a la fuente de alimentación. Y internos que están
conectados de tal manera, que en la aplicación de corriente alterna, un campo
magnético giratorio se crea.
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FIG 19.- Estator del Motor Síncrono de Reluctancia.
Una diferencia importante entre este tipo de motores con los motores
expuestos en este subtema (motor de reluctancia) , los rotores de los motores
síncronos de potencia fraccionaria (m.s.p.f) no necesitan de una excitatriz para
proveerlos de CC , estos utilizan imanes permanentes para este fin . De esta
manera, se logra que el rotor enlace con el campo magnético giratorio del estator y
gire a la misma velocidad del sincronismo del campo.
Con las particularidades de los estatores de motores de inducción y su
relación con los motores síncronos de potencia fraccionaria podremos definir más
a fondo el motor de reluctancia.
Definiciones: Las normas ASA define el motor de reluctancia como un
motor síncrono similar en construcción al motor de inducción, en el cual el
miembro que lleva el circuito secundario tiene polos salientes, sin excitación de
CC (rotor). Arranca como un motor de inducción pero funciona normalmente a la
velocidad síncrona.
Construcción y principios de funcionamiento
Se basa en la propiedad del motor síncrono con rotor de polos salientes, en
que es capaz de producir un par motor y girar a la velocidad síncrona, sin excitatriz
(sin excitación del campo con CC). El pequeño motor de reluctancia, esta
diseñado a partir del motor de inducción, los anillos que cierran las barras del rotor
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deben estar completos en toda la periferia, conservándose así, el arrollamiento
amortiguador en jaula de ardilla, utilizando no solo para el arranque, sino también,
proporciona suficiente estabilidad contra las oscilaciones cuando se alcanza la
velocidad síncrona.
Al igual que para los motores con excitatriz, la sincronización se hace mas
fácil cuando la velocidad alcanzada como de inducción es tan elevada como sea
posible. Por esto es de suma importancia hacer baja la resistencia del rotor.
También mejora esta situación, cuanto menor sea el WR" de la masa giratoria del
rotor (rotor + carga acoplada al eje)".
El estator de reluctancia puede ser del tipo de fase auxiliar, del tipo de
condensador y del tipo bobina pantalla (espira sombra). La FIG. (20), representa
una de las láminas dispuestas para un rotor designado a un motor de reluctancia
de cuatro polos en el estator. El motor arrancara como un motor de inducción y se
ira acelerando hasta una velocidad de escaso resbalamiento (carga ligera). El par
de reluctancia nace de la tendencia del rotor a situarse por si mismo en la posición
de mínima reluctancia respecto al campo giratorio (a la onda de flujo) que gira en
el entrehierro a la velocidad síncrona.
FIG 20.- Chapa troquelada para el rotor de un motor síncrono de reluctancia de 4
polos.
El alto valor del par de este motor, esta basado en la necesidad de obtener
características satisfactorias. Para ello, se hace necesario de 2 a 3 veces mayor la
potencia que el síncrono.
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Ranuras barreras de flujo se practican en las chapas del rotor de los
motores de reluctancia para aumentar el par sincronizarte, ya que el mismo, es
función de la diferencia entre la reactancia axial Xa y la reactancia en cuadratura
Xc.
2.6.3.- Motor de Histéresis
Como se ha planteado en todo el subtema, los motores síncronos de
potencia fraccionaria son de gran utilidad por que engloban los beneficios de los
motores de inducción (mayormente monofásicos) y de los motores síncronos (de
potencia) , los motores de histéresis no están exentos de estas propiedades .
Una de las mayores ventajas son la diversificación de potencias que va
desde 1/8 HP a 1/1000 HP y menor. Las velocidades son proporcionales a la
frecuencia, por lo que para 400 Hz. Se pueden lograr 24.000 r.p.m.
Como la exactitud de la velocidad es la característica sobresaliente, son
utilizados para aplicaciones en los accionamientos eléctricos de teleimpresores,
transmisores de imágenes, aparatos reproductores y de registro o de reproducción
del sonido, aplicaciones textiles con control de velocidad por frecuencia. En las
potencias subfraccionarias (inferiores a 1/1000 HP), son usados para relojes y
todo tipo de dispositivo temporizador.
Para definir y estudiar mejor el motor de histéresis conviene definir la
histéresis, en su forma general se define como la tendencia de un material a
conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado.
Podemos encontrar diferentes manifestaciones de este fenómeno. Por extensión
se aplica a fenómenos que no dependen sólo de las circunstancias actuales, sino
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también de cómo se ha llegado a esas circunstancias.
Las pérdidas por histéresis representan una pérdida de energía que se
manifiesta en forma de calor en los núcleos magnéticos. Con el fin de reducir al
máximo estas pérdidas, los núcleos se construyen de materiales magnéticos de
características especiales, como por ejemplo acero al silicio. La pérdida de
potencia es directamente proporcional al área de la curva de histéresis.
Ahora bien entraremos al estudio del motor de histéresis.
Definición: Las normas ASA definen el motor de histéresis como un motor
síncrono sin polos salientes y sin excitación de corriente continua, que arranca en
virtud de las pérdidas por histéresis inducidas en el rotor de acero endurecido, por
el campo magnético giratorio del primario (estator) y funciona a la velocidad
síncrona debido a la fuerza coercitiva del núcleo secundario (rotor).
Construcción y principios de funcionamiento
El campo magnético giratorio producido por el bobinado del estator, inducirá
sobre la superficie lisa del rotor (sin ranuras ni polos salientes), formada por un
cilindro de acero duro magnético, corrientes de Foucault y pérdidas por histéresis.
Cada una de las partículas que lo forman, quedará sujeta a un ciclo de histéresis a
la frecuencia de deslizamientos. Desde el arranque, las corrientes de Foucault se
comportan de igual manera que las corrientes que circulan por las barras de un
rotor de jaula de ardilla. De allí UTN FRM za. (Ing. Electrónica)
que el par motor
Tf producido entre las corrientes de Foucault y el flujo giratorio del estator, sea
proporcional al resbalamiento s, disminuyendo con el incremento de la velocidad
del rotor, para anularse al alcanzar éste la velocidad sincrónica n1. Por otra parte,
el par motor Th que se corresponde con las pérdidas por histéresis, es
independiente de la frecuencia de magnetización del rotor: f2 = s f1 y por tanto de
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s y de n2 dependiendo únicamente del material empleado para construir el anillo
superficial del rotor. De allí que convenga utilizar acero con altas pérdidas por
histéresis (ciclos anchos y grandes).
Debido a la histéresis, la magnetización del rotor retrasa respecto de la
onda de fmm del inducido en un ángulo d (ángulo del par) (figura b). Como el par
de arranque desarrollado depende de las componentes de las fmm del flujo
principal y del rotor, estará sujeto al send. Al acelerarse el rotor y mientras el flujo
sea constante, el retraso d se conservará constante porque solo depende del ciclo
de histéresis. De allí que, al alcanzarse la nS en el rotor, este par se mantendrá.
Esta es la característica sobresaliente de este motor, como puede verse en el
diagrama ‘b’ (T-nS). Mientras el par motor sea suficiente para arrastrar al par
resistente, el motor de histéresis puede acomodarse para acelerarse sin importar
cuan grande pueda ser su inercia (G.D2). A la velocidad síncrona n1, el motor
continúa girando, ajustándose por si mismo el ángulo de carga d de tal forma que
se equilibren el par desarrollado al de la carga. Este es un motor silencioso y de
suave aceleración, apto para arrastrar cargas de gran momento de inercia. Para
conseguir distintas velocidades de trabajo en sincronismo, las bobinas del estator
se devanan en varios grupos para permitir conectarse, dando lugar a varios
números de pares de polos.
2.6.4.- Motor Subsincrono
Otro tipo de motor de histéresis es el motor sub-síncrono (monofásico),
cuyas laminaciones de polos salientes, pero cilíndricas se muestran en FIG (21).
Este motor arranca del mismo modo que el motor de histéresis. A la velocidad
síncrona, los polos del rotor inducidos en el rotor de histéresis permanecen firmes
en lugares fijos de la superficie del rotor, al girar este en sincronismo con el campo
magnético del estator.
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FIG 21.- Rotor de un motor subsincrono
Se debe hacer notar también que el par de histéresis es eficaz cuando los
dos tipos de rotor FIG (21) giran a velocidad menos que la síncrona. Por ejemplo,
las laminaciones del rotor sub-síncrono que se muestran en la anterior figura
tienen 16 polos y giran a 450 rpm. Pero el par de histéresis, a diferencia del de
reluctancia, es independiente de la velocidad del rotor. Si el rotor gira a velocidad
menor que la síncrona, los polos inducidos (que deben llegar a la velocidad
síncrona ya que están inducidos (que deben llegar a la velocidad menor que la
síncrona ya que están inducidos por el campo giratorio del estator) se mueven por
la superficie del rotor a velocidad de deslizamiento, es decir, a una velocidad igual
a la diferencia entre la velocidad síncrona y la del rotor.
En el caso del motor sub-síncrono , si el par que se aplica es demasiado
grande en su velocidad síncrona normal, basada en el numero de polos salientes
en el rotor , el motor girara a una velocidad sub-síncrona determinada por un
múltiplo entero de polos en las laminaciones ( en este caso , 32 polos o 225 rpm).
Como el par varia en proporción inversa a la velocidad, cuando baja esta el motor
sub-síncrono desarrolla mas par. Engranado eléctricamente como reductor de
velocidad, este motor sub-síncrono puede dar pares bastantes altos a velocidades
bajas pero constantes.
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Una diferencia final entre el par de reluctancia y el par de histéresis es que
todos los motores con par de reluctancia necesitan par de arranque como motores
de inducción para llegar bastante cerca de la velocidad síncrona, al punto en que
puede tener lugar la sincronía como resultado del par de reluctancia y en que el
motor trabaja como motor de reluctancia a velocidad síncrona constante. Por lo
tanto, ningún motor de reluctancia tiene arranque propio.
Los motores de histéresis y los sub-síncronos si son de arranque propio,
como resultado de técnicas de fase partida o de polo sombreado, y llegan hasta la
plena velocidad síncrona, desarrollando alta resistencia en el rotor debido a las
perdidas por histéresis y, en consecuencia, tienen alto par de arranque pero mejor
par de histéresis en marcha normal que los motores de par de reluctancia.
2.6.5.- Motor Síncrono sin Escobillas
Para entender mejor el funcionamiento de este motor es necesario estudiar
la función de la excitatriz en las maquinas síncronas, como sabemos La excitatriz
es un generador de corriente, que produce la intensidad de corriente necesaria
para alimentar la excitación en el rotor de un alternador.
Es arrastrada bien directamente por el rotor del alternador, o a través de un
reductor de velocidad. Se puede también arrastrar con un motor de corriente
alterna. Los inductores de la excitatriz son fijos a la carcasa de la máquina,
dispuestos alrededor del inducido, que es móvil.
Sobre el eje del inducido se dispone el colector; las escobillas descansan
sobre éste y mandan la corriente al inducido en el rotor del alternador. Para
producir el flujo inductor que barre el inducido hay que circular una corriente por el
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circuito inductor. Existen diversas formas de producir el flujo inductor,
explicaremos las más utilizadas a nivel industrial:
Excitación independiente
FIG 22.- Excitación independiente
El circuito inductor se alimenta de una corriente continua suministrada por
una fuente exterior, ya sea por una batería de acumuladores o bien por otro
generador FIG (22). El reóstato Rh permite variar la corriente en el inductor de la
generatriz y en consecuencia la intensidad en el rotor del alternador. Las
variaciones de tensión obtenidas operando sobre el reóstato de excitación son
suficientemente rápidas para que este procedimiento de conexión pueda ser
utilizado en la excitación de alternadores.
Excitación Shunt
La corriente de excitación de la excitatriz se obtiene conectando un
arrollamiento inductor a los bornes de la excitatriz FIG (23). El reóstato Rh está
intercalado en el circuito. Si el circuito inductor está abierto, la excitatriz produce
una fuerza electromotriz debida a la imantación que subsiste en los núcleos de los
polos inductores. Esta imantación se denomina imantación remanente.
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FIG 23.- Excitación shunt
Si el circuito inductor está cerrado, la fuerza electromotriz debida a la
imantación remanente, hace circular una corriente por el arrollamiento inductor. Si
esa corriente provoca un aumento de la imantación remanente, la tensión de la
excitatriz aumenta progresivamente. Se regula su valor actuando sobre el reóstato
Rh como en el caso de una excitatriz de excitación independiente.
Si el sentido de la corriente producida por la fuerza electromotriz debida a la
imantación remanente disminuye esta imantación, la excitatriz no se ceba. Es
preciso invertir la conexión del arrollamiento inductor en los bornes del inducido de
la excitatriz.
Las variaciones de excitación del alternador excitado por una excitatriz
shunt son lentas. Para obtener variaciones más rápidas, se utilizan dispositivos
especiales.
Excitación independiente con dispositivo de sobrexcitación rápida
La FIG (24) muestra el esquema de un dispositivo de sobrexcitación rápida.
La corriente de la excitatriz E, está suministrada por un generador de corriente
continua E2 por excitación shunt llamada excitatriz piloto.
Un reóstato R, está intercalado en el circuito inductor de la excitatriz
principal, el cual puede ser cortocircuitado por un interruptor I, normalmente
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abierto.
Se obtiene la regulación de la excitación del alternador actuando sobre el
reóstato r de la excitatriz piloto. Si se disminuye la resistencia del reóstato, se
aumentará la corriente de la excitatriz piloto; su tensión aumentará. Seguidamente
tendrá lugar un aumento de corriente de la excitatriz principal, su tensión
aumentará, así como la corriente excitadora del alternador.
En un momento dado, después de una perturbación brusca, se puede
obtener una variación rápida de la corriente excitadora del alternador, provocando
el cierre del interruptor I.
FIG 24.- Excitación independiente con sobrexcitación rápida.
Ahora bien estudiado los sistemas eléctricos que suministran corriente
directa a los polos para imantarlos, podremos estudiar mejor los motores
síncronos sin escobillas.
La eliminación del excitador en el eje del motor síncrono suprimió los
problemas relacionados con la conmutación de un generador de cd y el
chisporroteo de las escobillas conectadas al conmutador. Pero, como se ve en la
figura siguiente, toda vía es necesario suministrar la cd a través de las escobillas y
anillos rosantes, y para eliminar el mantenimiento de estos últimos se creo el
motor síncrono sin escobillas.
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FIG 25.- Diagrama de bloques de un tipo de motor síncrono sin escobillas.
El sistema incorpora la rectificación de la figura anterior con las siguientes
modificaciones:
1.- Los rectificadores de silicio de la figura anterior están sustituidos por
tiristores o por rectificadores controlados de silicio (SCR).
2.- Los rectificadores de la figura anterior se sustituye por un alternador de
CA que tiene un campo de cd estacionario y una armadura polifásica giratoria en
la cual se generan voltajes de corriente alterna. La excitación de cd del motor
síncrono se controla mediante una variación monofásica que hay en el campo
estacionario de cd del alternador polifásico, que esta en el mismo eje del rotor que
el campo del rotor del motor síncrono.
4.- El rotor del motor síncrono, como se muestra en la siguiente figura, lleva
la armadura del alternador, el control de cd estático y el sistema de rectificación,
que consta de los transistores y tiristores que se acaba de describir, así como del
campo del rotor del motor síncrono.
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Estas cuatro modificaciones, como se muestra en la siguiente figura,
proporcionan una forma de controlar la excitación de cd del campo de un motor
síncrono sin necesidad de excitador ni de ningún tipo de anillos rozantes o
escobillas.
El menor costo y la mayor confiabilidad de los paquetes de rectificación de
estado solido han impulsado el desarrollo de varios tipos de motores síncronos sin
escobillas en los intervalos de potencias bajas y medianas y monofásicas. Se
espera que continúe esta tendencia debido a las ventajas de este tipo de motor,
que son la ausencia de problemas de conmutación, de chisporroteo, y de
mantenimiento
de
escobillas,
característicos
de
los
motores
síncronos
convencionales.
FIG 26.- Diagrama del motor síncrono sin escobillas
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2.7.- ANALISIS CRITICOS DE LOS DIFERENTES ENFOQUES.
En la investigación de esta proyecto se observo existen diferentes formas
de describir las funciones del motor síncrono. Al hacer uso de diferentes
bibliografías, se distingue que en ocasiones el tema se torna complicado al hacer
una síntesis, ya que los autores abordan de diferente forma las definiciones, es
decir algunos lo exponen de una manera extensa y profunda, contérminos
científicos.
En el caso de nuestra investigación nos topamos que los autores dan
diferentes importancia al subtema principal de esta investigación (APLICACIÓN
DE LOS MOTORES SINCRONOS EN LA INDUSTRIA). Por lo cual se tomaron en
cuenta diferentes textos.
Dada la importancia del tema a nivel estudiantil como a nivel industrial,
tomamos en cuenta las posturas teóricas enfocadas al funcionamiento de las
maquinas síncronas, y al mismo tiempo tomamos la relevancia a las
fundamentaciones prácticas, puesto que en conjunto se consolidan las
definiciones.
Debido a esta situación, con este trabajo se pretende que el lector pueda
comprender de una forma más detallada y sencilla la información que en este
trabajo se mostró
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CAPITULO III
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3.1.- CONCLUSIONES
En el trabajo aquí presentado se pudo observar que el conocimiento de los
motores síncronos es una parte fundamental en lo que respecta al estudio de
maquinas eléctricas.
Se logro conocer
las funciones fundamentales del motor síncrono las
cuales son:
o Si la carga del motor llega a ser muy grande, el motor disminuirá su
velocidad perdiendo sincronismo y se parara, destacando que dicho efecto
es perjudicial para el motor.
o Los motores síncronos requieren una excitación de c.c. para el rotor así
como una tensión c.a. para el rotor.
o
Siempre habrá que tomar en cuenta que estos motores deben poseer un
correcto arranque, ya que solo de esta manera se los puede poner en
funcionamiento, siendo lo fundamental hacer que el rotor alcance una
velocidad cerca del sincronismo, en caso contrario se observara una
vibración muy fuerte debido a los campos magnéticos de la maquina.
A demás del funcionamiento también se logro exponer la relación que se
guarda, a nivel industrial, entre los motores síncronos y el llamado factor de
potencia. Esta relación, como se puso comprender, es de vital importancia en los
aspectos de consumo de energía y un ahorro económico.
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3.2.- ANEXO
Anexo (1).- kVAr totales de corrección necesarios para distintos factores de
potencia
kVAr para
Factor de
corregir del
kVAr totales
siguiente
acumulados
factor de
necesarios
potencia del
Potencia en
kVAr
potencia
para la
sistema
KW
disponibles
menor
correccion
0.60
6000
8000
-
-
0.65
6500
7600
400
400
0.70
7000
7140
460
860
0.75
7500
6610
530
1390
0.80
8000
6000
610
2000
0.85
8500
5270
730
2730
0.90
9000
4360
910
3640
0.95
9500
3120
1240
4880
1.00
10,000
0
3120
8000
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