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7.4 Motores síncronos
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Introducción
Características constructivas
Circuito equivalente
Funcionamiento en vacío
Reacción de inducido
Funcionamiento en carga
7.4.1 Introducción
La máquina síncrona utiliza un
estator constituido por un
devanado trifásico simétrico
(distribuido a 120º) idéntico a la
máquina asíncrona de inducción
El rótor está formado por
un devanado alimentado
desde el exterior a través
de escobillas y anillos
rozantes con corriente
continua
El rótor puede ser liso o de polos
salientes
Industrialmente es el generador utilizado en la mayoría de las centrales
eléctricas: turboalternadores y grandes alternadores hidráulicos
Como motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es
muy elevada >1 MW
7.4.2 Características constructivas
Rotor
Rotor
liso
liso
Líneas de
campo
Rotor
Rotor de
de
polos
polos
salientes
salientes
Sentido de las
corrientes por
el rotor
S
N
N
S
Elevadas
Elevadas velocidades
velocidades de
de giro:
giro:
turboalternadores
turboalternadores
N
S
Velocidades
Velocidades de
de giro
giro bajas
bajas
7.4.2 Características constructivas
7.4.2 Características constructivas
 L. Serrano: Fundamentos
de má
máquinas elé
eléctricas
rotativas
 L. Serrano: Fundamentos
de má
máquinas elé
eléctricas
rotativas
 L. Serrano:
Fundamentos de
máquinas elé
eléctricas
rotativas
7.4.2 Características constructivas
 L. Serrano: Fundamentos de
máquinas elé
eléctricas rotativas
 Mulukutla S. Sarma : Electric
machines
7.4.2 Características constructivas
Corte transversal
de una central
hidráulica
Roto
r
 Mulukutla S. Sarma :
Electric machines
7.4.3 Circuito equivalente
Reactancia
síncrona
jXs
IG
+
Reactancia síncrona = reactancia dispersión
estator + efecto de reacción de inducido
Resistencia
estator
Rs
A
V
E
Funcionamiento
como generador
jXs
IM
+
Rs
A
V
E
Funcionamiento
como motor
B
B
La F.E.M. (E) es proporcional a la corriente de excitación del rótor. En
funcionamiento como generador representa a la tensión que se induce en el
estator y en funcionamiento como motor a la F.E.M. que es necesario “vencer”
para que circule la corriente que alimenta al motor
7.4.4 Funcionamiento en vacío
Reactancia Resistencia
síncrona
estator
jXss
IGG
+
Rss
20
A
V
E
Funcionamiento
como generador
B
Cuando el generador trabaja en vacío
no hay caída de tensión: la tensión de
salida coincide con la F.E.M. (E)
E = K ⋅ϕ⋅N
Flujo
Velocidad de
giro
Proporcional a IEXC
kV
Tensión en vacío V
15
18kV
390MVA
3000RPM
10
5
Iexc
500
1000
1500 2000 (A)
7.4.5 Reacción de inducido
Cuando el alternador trabaja en vacío el único flujo existente es el
producido por la corriente continua de excitación del rótor
Cuando suministra corriente a una
carga, dicha corriente produce un
campo magnético giratorio al circular
por los devanados del estator.
El flujo total de la máquina se
verá disminuido o aumentado
dependiendo que la carga sea
inductiva o capacitiva
Este campo produce un par opuesto al
de giro de la máquina, que es
necesario contrarrestar mediante la
aportación exterior de potencia
mecánica.
A este efecto creado por el
campo del estator se le
conoce con el nombre de
“reacción de inducido”
7.4.5 Reacción de inducido
jXss
IGG
Rss
E
A
jXs
I
Carga
Carga resistiva
resistiva
+
V
E
I
U
Carga
Funcionamiento
Funcionamiento
como
como generador
generador
B
Para una misma tensión de salida el generador
puede ceder o absorber potencia reactiva
dependiendo de que la carga sea inductiva o
capacitiva
E
Carga
Carga Inductiva
Inductiva
U
I
jXs
I
RI
E
jXs
I
I
Para conseguirlo basta modificar el valor de la E
(modificando el campo de excitación)
RI
Carga
Carga capacitiva
capacitiva
U
RI
7.4.6 Funcionamiento en carga
Funcionamiento aislado
Funcionamiento
aislado
Aumento en la
excitación
Aumento en la
tensión de
salida
Aumento en
potencia
mecánica
El generador alimenta a una
carga de forma independiente
La tensión de
alimentación
puede variar
El factor de
potencia de la
carga es fijo
Aumento en la
velocidad de
giro
Aumento en la
frecuencia
7.4.6 Funcionamiento en carga
Funcionamiento en una red de potencia infinita
CONEXIÓN A RED
DE POTENCIA
INFINITA
Aumento en la
excitación
Aumento en la
POTENCIA
REACTIVA
ENTREGADA
Aumento en
potencia
mecánica
Aumento de la
POTENCIA
ACTIVA
ENTREGADA
El generador está conectado a otra red
en la que actúan otros generadores: su
potencia es muy pequeña respecto de la
total de la red
La tensión de
alimentación
ESTÁ FIJADA
POR LA RED
La frecuencia
ESTÁ FIJADA
POR LA RED
7.4.6 Funcionamiento en carga: Tensión fijada por la red
2
SUBEXCITACIÓN
1
3
SOBREXCITACIÓN
E
Generador
sobrexcitado
jXI
Normal
3
E
ϕ
i
i
jXI
U
U
ϕ
E
RI
α
jXI
U
RI
Generador subexcitado
Reducción de la
potencia reactiva
suministrada
2
i
ϕ α
RI
Aumento
Aumento corriente
corriente
Aumento
Aumento del
del ángulo
ángulo ϕ
ϕ
Aumento de la potencia
reactiva suministrada