MAQUINAS SINCRONAS UNIDAD 1

FUNDAMENTOS DE LA
MAQUINA SINCRONICA.
Aguilera Hernández Cristian, 18 de Febrero de 2023
Unidad 1
Resumen— En general , se tiene un concepto general sobre los
datos e información de las maquinas sincrónicas, en resumen se
tiene los conceptos básicos e funcionamiento de motores y
generadores, así como las clases de máquinas síncronas que hay,
sus aspectos constructivos.
De igual manera sus partes conformadas como el campo magnético,
la fem y sus características.
Por lo general, funcionan según el principio del magnetismo.
Los motores AC se clasifican según el número de fases en
monofásicos, en segunda y tercera fase, siendo esta última
la más utilizada en la industria. El motor eléctrico consta de varias
partes, pero las partes principales son: estator, marco, base, rotor,
caja
de
conexiones, tapa y cojinete.
Sin
embargo,
el motor solo puede funcionar con el estator y el
rotor. El mantenimiento preventivo de los motores de CA es muy
importante ya que prolonga la vida útil del motor y reduce
las pérdidas y la deformación.
I. INTRODUCCIÓN
En como funciona una maquina síncrona es algo complicado
de entender y sus características de igual manera que poder tener
un total control del tema, por ello se llevara a cabo una
GENERADOR DE CA
estructura simple sobre funcionamiento de las maquinas
síncronas y sus componentes por el cual esta formado este,
tocando información como conceptos, definiciones, estructuras, Un generador es una máquina eléctrica giratoria que convierte
tipos y en general una amplia información detallada y simple de la energía mecánica en energía eléctrica. Lo logra a través de la
interacción de las partes principales: el rotor (la parte giratoria) y
entenderel estator (la parte estacionaria). Cuando el generador
está funcionando, uno de los componentes produce flujo
MOTORES Y GENERADORES CA.
magnético (actuando como inductor) y el otro convierte el
flujo en electricidad (actuando como armadura). Los generadores
se distinguen por el tipo de corriente que producen, resultando
Los motores AC son motores eléctricos que funcionan con
en dos grandes grupos: alternadores y generadores. Un generador
corriente alterna. Un motor es un actuador, es decir, un
produce corriente alterna y un generador produce corriente
dispositivo que convierte una forma específica de energía en
continua.
energía mecánica de rotación o par. Un motor eléctrico
convierte la energía eléctrica en fuerza de rotación a través de la
Una máquina eléctrica es un dispositivo que puede convertir la
acción combinada de
campos magnéticos.
energía eléctrica en otras formas de energía. Se dividen
en las siguientes categorías:
Por
otro
lado,
un generador convierte
la energía
mecánica rotatoria en energía eléctrica y puede denominarse
máquina giratoria. Consisten en componentes
generador
EMF (fuerza
electromotriz). Los dos tipos
giratorios reversibles que pueden operar de dos maneras
básicos son alternadores y alternadores, siendo este último
diferentes:
más exactamente llamado alternador.
motores eléctricos (convirtiendo energía eléctrica
en energía mecánica) o generadores (convirtiendo energía
Todos los generadores necesitan un motor principal (motor) de
eléctrica, energía mecánica en energía eléctrica).
algún tipo para generar la fuerza de rotación, ya que
máquina electrostática.
el conductor puede cortar las líneas de fuerza magnéticas y crear
Al igual que con los transformadores, no hay partes móviles.
un
campo
electromagnético. La
máquina
más
simple para motores y generadores es el alternador.
En algunos casos,
como
en los
barcos, donde
la alimentación principal es de corriente continua, o donde se
desea una
variedad
de
velocidades,
se
puede
usar un motor de CC. Sin embargo, la mayoría de los motores
modernos funcionan con corriente alterna. Hay muchos
tipos de
motores
de
CA, incluidos tres
tipos
básicos: universales, síncronos y de jaula de ardilla. Un motor
eléctrico es una máquina eléctrica que convierte la energía
eléctrica en energía mecánica utilizando un campo magnético
cambiante. Un motor eléctrico consta de dos partes, una parte
estacionaria llamada estator y una parte móvil llamada rotor.
CLASE DE MÁQUINAS SINCRÓNICAS. MÁQUINAS
ELÉCTRICAS
Por eso se dirigió el mecanizado síncrono
CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO BIFÁSICO
Según la disposición del devanado del inducido y del devanado
de campo, las máquinas síncronas se clasifican en dos tipos: tipo Al distribuir bobinados específicos en un cilindro ferromagnético
(el estator de una máquina asíncrona), la entrada y la salida están
de inducido rotatorio y tipo de excitación rotatoria.
separadas entre sí por 120° y alimentadas con corriente alterna.
Esto se logra por el efecto de la corriente que fluye a través
En el tipo de motor rotativo, el devanado del
de ellos.
inducido está encerrado en el rotor. La fem o
campo.
corriente generada se suministra a la carga a través del anillo
deslizante y un juego de escobillas. Este tipo de máquina
Si los otros dos devanados están dispuestos de la misma
síncrona está hecha solo para clasificación pequeña. En las
máquinas síncronas de campo giratorio, la bobina está enrollada manera que el primer devanado, pero el plano que los contiene
está orientado 60° a la izquierda y a la derecha del primer
en el rotor. La alimentación de CC se extiende a la bobina de
devanado, entonces cada grupo está energizado.
campo a través del conjunto de anillo colector y escobilla. La
electricidad se suministra a la carga a través de postes fijos
Si las otras dos bobinas están dispuestas de la misma manera que
fijados al estator. Este tipo es el más conocido y se utiliza
la primera, pero de modo que los planos que las contienen estén
mucho en grandes máquinas síncronas.
inclinados 60° a la izquierda y derecha de la
primera bobina, cada grupo está energizado.
Según el tipo de motor primario, los generadores
síncronos se clasifican en:
Generador de hidrógeno: Los generadores alimentados por
turbinas de hidrógeno se conocen como generadores de
hidrógeno.
Este es básicamente un eje flotante y
funciona a velocidades más bajas del orden de 1000 rpm o
menos. Generadores de apoyo: Estos generadores funcionan con
turbinas de vapor y convierten la energía térmica del vapor en
energía eléctrica. Este tipo de rotor polar es cilíndrico
y funciona a mayor velocidad. Por lo general, la velocidad del
rotor está regulada por la frecuencia de la red. Si la frecuencia
de la fuente es de 50 Hz, la velocidad del rotor del
generador bipolar es de 3000 rpm (N = 120 x 50/2 =
3000). Generador de motor: estos generadores son impulsados
por un motor IC y su velocidad es inferior a 1500 rpm.
ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE LAS MÁQUINAS
SÍNCRONAS
Las máquinas síncronas, en nuestro medio, son
mayoritariamente trifásicas
Y se usa más como generador.
El alternador síncrono también se conoce como alternador. A
nivel nacional, ALGESA fabrica estas máquinas.
Sin embargo, los motores síncronos tienen un uso limitado en
nuestro entorno.
No se construye en el país.
El funcionamiento de un generador síncrono se basa en el
principio
Gire la bobina en un campo magnético uniforme para inducir la
inducción.
Más que una fuerza electromotriz.
Lo mismo ocurre si la espira está estacionaria y gira el campo,
es decir, los electroimanes que lo generan. El segundo sistema
es más adecuado ya que habrá una fuerte corriente
en el bucle, la misma que se utilizará en la red, mientras que en
El electroimán tiene solo una pequeña corriente continua
auxiliar, que se encarga de generar el campo
magnético requerido.
Tres posiciones giratorias, lo que resulta en la distribución
de energía de campo. Si cada grupo de bobinas es pequeño en
número, el campo magnético generado tendrá forma de onda
cuadrada. Para aproximarlo a un seno lo que hay que hacer es
aumentar el número de vueltas de hilo en cada grupo (fase) y
distribuirlas lo máximo posible en el estator.
CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO TRIFÁSICO
Se colocan tres devanados en el estator, desfasados 120°. Cada una
de estas bobinas está conectada a cada fase de un sistema trifásico,
por lo que las corrientes instantáneas IA (roja), IB (verde) e IC
(azul) de formas fluirán a través de cada bobina. Analizando los
valores obtenidos para el flujo magnético generado por cada una
de estas corrientes en cada momento, es posible verificar la
producción de un campo magnético giratorio, es decir, como si el
estator fuera un imán girando a velocidad angular cero. :
Un campo magnético giratorio es un campo magnético que gira en
el espacio alrededor de un punto o eje. Los polos norte y sur giran
continuamente a una
velocidad
específica, conocida
como velocidad
sincrónica.
Todas
las
máquinas multifásicas están limitadas por un campo magnético
giratorio en el entrehierro. Por lo tanto, comprender el campo
magnético giratorio generado por un devanado polifásico es muy
importante para analizar y comprender el principio y el
funcionamiento de las máquinas eléctricas, es decir.
Sincronizadores y sensores.
ROTATING MAGNÉTIC FIELD
soportadas por placas de núcleo de hierro. Motor asíncrono: Este
tipo de motor requiere una corriente de arranque baja -pequeña
inducción-. Se recomiendan para aplicaciones con alta
Un campo magnético giratorio es el campo magnético
inercia, como centrales eléctricas. En este caso, los anillos
resultante generado por un sistema de bobinas simétricas
colectores se utilizan para conectarse desde el exterior al circuito
soportadas por una corriente polifásica. El campo magnético
giratorio puede ser generado por una corriente multifásica (dos o integrado en el rotor. Son resistencias externas.
más fases) o por una corriente monofásica suministrada, en este
último caso se alimentan dos bobinas de campo y se diseñan de Según el campo magnético generado:
tal manera que los dos magnéticos los campos generados por él
Motor Asíncrono Trifásico: Este es el tipo más utilizado. Consiste
no se actualizan. Los campos magnéticos giratorios se usan
comúnmente en aplicaciones electromecánicas, como motores en un estator fabricado apilando finas placas de
acero ranuradas altamente transpirables sobre un marco de acero o
de inducción, generadores y reguladores de inducción.
hierro fundido.
Los devanados pasan a través de ranuras en el estator. En este
Para comprender cómo funcionan los motores de CA, es
caso, el campo magnético giratorio es diferente del campo
importante estudiar el campo magnético giratorio
magnético giratorio del rotor.
cambiante. Estos campos magnéticos hacen girar el eje de un
Motor asíncrono monofásico:
motor de CA de acuerdo con los principios básicos del
electromagnetismo. Echemos un vistazo más de cerca al estator Para motores asíncronos monofásicos, el estator es de
bobinado monofásico y el rotor es de jaula de ardilla. A diferencia
de un motor eléctrico. Recuerde que la estructura de un motor
de los motores asíncronos trifásicos, tienen una potencia de salida
de aire acondicionado de estator es un cilindro hueco lleno
más baja.
de bobinados aislados.
En este caso el campo magnético se produce por la suma de dos
campos magnéticos giratorios, el estator y el rotor. Por este
MOTOR SÍNCRONO Y ASINCRÓNICO DIFERENCIAS Y motivo, estos motores asíncronos monofásicos no arrancan solos
y requieren de una resistencia o condensador para arrancar.
CÁLCULO DE VELOCIDAD
La diferencia entre motores síncronos y asíncronos radica en la
velocidad del campo electromagnético. Mientras está en estado
asíncrono o inductivo, el rotor gira ligeramente más lento que el
campo giratorio; En un motor síncrono, el campo magnético y el
rotor tienen la misma velocidad de rotación. El motor síncrono
funciona de forma mucho más sencilla. El husillo gira en el
mismo sentido ya la misma velocidad que el campo magnético
generado después de inyectar la corriente eléctrica.
Otra diferencia entre los motores síncronos y asíncronos es que
en esta última parte el rotor tiene placas de hierro que ayudan
en la excitación del rotor, por lo que la pérdida de
corriente es mínima.
DIFERENCIA ENTRE MOTOR SÍNCRONO Y
ASÍNCRONO
La diferencia entre los motores síncronos y asíncronos depende
de factores como el tipo, el deslizamiento, los
requisitos de potencia adicional, los
requisitos de escobillas y anillos deslizantes,
el costo, la eficiencia, la capacidad, el factor de potencia, la
corriente de suministro, la velocidad, el arranque automático y
el efecto de torsión con voltaje. considerado y explicado.
Sincronice cambios de motores síncronos y asíncronos,
velocidades de funcionamiento y diversas aplicaciones.
El motor síncrono es un motor que funciona a velocidad síncrona,
es decir, la velocidad del rotor es igual a la velocidad del estator
La función principal de un motor asíncrono o de un motor de
del motor. Sigue la relación N = NS = 120f/P, donde N es la
inducción es generar energía mecánica a partir de energía
velocidad del rotor y Ns es la velocidad sincrónica.
eléctrica. Estos motores se utilizan habitualmente en
electrodomésticos, así como en electrodomésticos de uso diario El motor asíncrono es un motor de inducción de CA. El rotor del
motor asíncrono gira a una velocidad inferior a la velocidad
o vehículos eléctricos para viajar. Estos motores funcionan
perfectamente con corriente alterna para viviendas y viviendas síncrona, es decir, N < NS
con sistemas solares aislados alimentados por la energía
obtenida de los paneles fotovoltaicos a través del regulador de DIFERENCIAS
Un motor síncrono es una máquina cuya velocidad de rotación es
carga y la batería.
igual a la del campo magnético del estator.
Un motor asíncrono es una máquina cuyo rotor gira a una
Tipos de motores asíncronos
velocidad menor que la velocidad síncrona.
Como hemos comentado, podemos encontrar distintos tipos
Los motores sin escobillas, los motores de frecuencia variable,
de motores asíncronos.
los
motores de reluctancia de conmutación y los motores de
Según el rotor:
histéresis son motores síncronos.
Motores de inducción de jaula de ardilla: a diferencia de los de Los motores de inducción de CA se denominan motores
circuito cerrado o de circuito simple, estos motores utilizan un asíncronos.
El motor síncrono no tiene deslizamiento.
componente similar a una jaula de ardilla donde se crea
Valor cupón cero. Los motores asíncronos tienen deslizamiento,
un campo magnético giratorio.
Esta parte es la parte que cubre el rotor del motor asíncrono. Las por lo que el valor del deslizamiento no es cero.
Los motores síncronos requieren alimentación de CC adicional
corrientes inducidas en las barras de la jaula de ardilla están
para hacer girar el rotor original cerca de la velocidad síncrona. El
¿Para qué sirve un motor asíncrono?
motor asíncrono no requiere ninguna fuente de
arranque adicional.
Los anillos deslizantes y las escobillas son necesarios en los
motores síncronos, mientras que los motores de inducción no
requieren anillos deslizantes ni escobillas.
Los motores de inducción bobinados solo requieren anillos
colectores y una escobilla.
Los motores síncronos son caros en comparación con los
motores asíncronos.
La eficiencia del motor síncrono es mayor que la del motor
asíncrono.
En consecuencia, hay tres formas de cambiar el flujo de un campo
magnético: cambiar el módulo del campo, la superficie por
la que pasa o el ángulo entre dos campos.
fem inducida debido a la rotación
El signo menos de la ley de Faraday indica el sentido que va a
llevar la corriente inducida y se conoce como Ley de Lenz:
Entonces se produce una variación en el flujo magnético para
inducir una corriente eléctrica.
La dirección de la corriente generada tiende a compensar el
cambio de flujo magnético que provoca.
Cuando el lado móvil de la espira deja de moverse, el flujo
magnético no cambia, por lo que la corriente desaparece.
La inducción magnética es el proceso por el cual un campo
El sentido de la corriente inducida es tal que tiende a oponerse a la
magnético produce un campo eléctrico. Cuando se crea un
causa que lo produce.
campo eléctrico en un material conductor, los portadores de
carga experimentan una fuerza y se induce corriente en el La ley de Lenz significa que la corriente inducida en un circuito
conductor. Un dispositivo
(batería, acumulador,
etc.) que tendrá un sentido tal que el campo magnético generado por dicha
mantiene una diferencia de potencial entre dos puntos en un corriente compense la variación del flujo que la ha causado.
circuito
se
llama
fuente
de energía.
La fem ε (fem) de la fuente se define como el
trabajo del dispositivo por unidad de carga, por lo que la fem
tiene unidades de voltios. Cuando decimos que un campo
magnético induce una corriente en un conductor, queremos
decir que se genera una fuerza electromotriz (llamada fuerza
electromotriz inducida), y la carga en el conductor se mueve
produciendo una corriente eléctrica (corriente inducida).
Este
hecho
se puede
observar fácilmente
en
el
siguiente experimento. Si acerca o aleja un imán de un
conductor que no está conectado a una corriente dinámica, el
amperímetro le dirá que hay corriente en ese conductor. Dado
que la corriente se desvanece cuando el imán permanece en la
misma posición, concluimos que solo la variación temporal del
flujo magnético induce la corriente.
La ley que explica esta interacción entre la fuerza electromotriz
inducida y el campo magnético es la Ley de Faraday:
En donde Φm es el flujo del campo magnético. Por tanto,
para que aparezca una fuerza electromotriz (fem) inducida debe
variar el flujo del campo magnético a través de la
superficie delimitada por el conductor. De la definición de flujo:
EJERCICIO FEM Y FLUJO EN UNA ESPIRA QUE Supongamos que el campo magnético →B�→ es constante y es
perpendicular al plano determinado por la espira. El flujo del
GIRA
Un ejemplo ilustrativo de la ley de Faraday es el de una espira
cuadrada que atraviesa una región donde existe un campo
magnético uniforme:
Cuando la espira se introduce en el campo magnético, se
produce una fem que se opone al incremento del flujo del campo
magnético a través de dicha espira.
Cuando la espira está introducida en dicha región, el flujo es
constante y no se produce fem alguna
Cuando la espira sale de dicha región, el flujo a través de la
espira disminuye y se produce una fem que se opone a la
disminución de flujo.
También estudiamos lasfuerzas sobre la espira, concluyendo que
cuando la espira entra o cuando sale de dicha región, la fuerza
que ejerce el campo magnético sobre la corriente inducida en la
espira se opone al movimiento de la espira.
Hemos supuesto que sobre la espira se aplica una fuerza que
hace que la espira atraviese dicha región con velocidad
constante.
El ejemplo que se analiza en esta página, es similar a la varilla
que se mueve en un campo magnético uniforme, pero su virtud
más importante, es la de servirnos de introducción a las
corrientes de Foucault.
campo magnético a través de la parte de la espira que se ha
introducido en la región en la que existe el campo magnético es
De acuerdo a la ley de Faraday, la fem inducida es
La derivada de x respecto del tiempo es la velocidad
constante v>0 de la espira.
Sentido de la corriente inducida
El flujo aumenta, al aumentar el área de la parte de la espira
introducida en el campo magnético, el sentido de la corriente
inducida es el de las agujas del reloj.
Si la resistencia de la espira es R, la intensidad de la corriente
inducida es i=Vε/R=vBa/R.
2DA ETAPA
Una espira cuadrada de lado a, se mueve hacia una región
rectangular de lado 2a en la que existe un campo magnético
constante perpendicular al plano de la espira. Determinar la fem
y el sentido de la corriente inducida en las siguientes situaciones
Cuando la espira está entrando en dicha región (izquierda)
Cuando está completamente introducida en la región en la que
hay campo (centro)
Cuando empieza a salir de dicha región (derecha)
t
3RA ETAPA
La espira empieza a salir del la región en la que existe campo
magnético
El flujo del campo magnético a través de la parte de la espira
que está introducida en dicho campo es
De acuerdo a la ley de Faraday, la fem inducida es
extremos, el campo magnético será de la forma:
Por tanto, ésta es la expresión del campo magnético
,
uniforme y variable en el tiempo, que existe en el entorno de la
espira abierta localizada en el interior del solenoide.
Consideremos la circunferencia
coincidente con aquélla y
con el gap o discontinuidad que hay entre los extremos A y B.
Como dicho salto es pequeño, el flujo magnético a través de la
La derivada de x respecto del tiempo es la velocidad
constante v>0 de la espira.
Sentido de la corriente inducida
El flujo disminuye, al disminuir el área de la parte de la espira
introducida en el campo magnético, el sentido de la corriente
inducida es el contrario al de las agujas del reloj.
espira es igual al flujo del vector
en cualquier superficie
que se apoye en la circunferencia
. Y puesto que el campo es
perpendicular al plano que contiene a la espira, tomaremos como
superficie Σ el círculo de radio a definido por la
circunferencia
. Se obtendrá, por tanto:
Fuerza electromotriz inducida y tensión en el gap
En virtud de la ley de inducción, una variación temporal del flujo
magnético a través de la espira da lugar a la aparición de una
fuerza electromotriz inducida,
TENSIÓN MÁXIMA INDUCIDA EN UNA ESPIRA
Un solenoide recto de forma cilíndrica y longitud l, mucho
mayor que su radio, está formado por N espiras distribuidas de
forma compacta que son recorridas en sentido horario por una
corriente eléctrica que crece linealmente según la
ley
(C, constante). En un plano paralelo a las
espiras del solenoide y en el interior de éste, se encuentra una
pequeña espira circular de radio a, menor que el del solenoide.
Si a la espira le falta un pequeño trozo, de manera que constituye
un circuito abierto, ¿cómo es la tensión V = VA − VB que
mediría un voltímetro conectado a sus extremos, tal como se
indica en la figura?
CAMPO MAGNETICO Y FLUJO
Como la longitud del solenoide cilíndrico es mucho mayor que
su radio, podemos considerar que la corriente eléctrica que lo
recorre sólo produce un campo apreciable en el interior de la
bobina. Además, puede considerarse con buen grado de
aproximación que, salvo en las proximidades de los extremos,
dicho campo es uniforme y paralelo al eje de la bobina.
Tomemos a éste como eje OZ de un sistema de referencia
cartesiano, de manera que las espiras del solenoide se
encuentren en planos paralelos al OXY y con la corriente
eléctrica recorriéndolas en sentido horario. En cualquier punto
del interior de la bobina, suficientemente alejado de sus
cuyo valor constante
depende de la característica C de la
fuente de intensidad que alimenta a la bobina, y de los parámetros
geométricos del sistema: N, l y a. Si la espira constituyese un
circuito cerrado, dicha fuerza electromotriz induciría una
corriente eléctrica. Obsérvese que, en virtud de la ley de Lenz,
dicha corriente recorrería la espira en sentido antihorario, ya que
la elección del elemento de superficie
en sentido opuesto al
campo magnético, da lugar a un flujo negativo magnético cuyo
valor absoluto crece en el tiempo. Sin embargo, al presentar la
espira un corte o gap entre los puntos A y B, la intensidad de
corriente es nula, induciéndose una tensión VA − VB entre dichos
puntos.
CONCLUSIONES
DE MANERA EN LA CUAL COMO PERSONAS
LOGRAMOS ENTENDER Y ANALIZAR ESTA
INFORMACION, DE OUEDE DEDUCIR QUE DESPUES DE
COMORENDER Y SUJETAR ESTE TIPO DE CONCEPTOS,
LA ESTRUCTURA EN NUESTRA MENTE DE COMO
FUNCIONAN LAS MAQUINAS SINCRONAS ES DE UNA
MAYOR RELEVANCIA Y ENTENDIMIENTO.
REFERENCIAS
https://www.google.com/search?q=TENSI%C3%93N+M
%C3%81XIMA+INDUCIDA+EN+UNA+ESPIRA&rlz=1
C1SQJL_esMX922MX922&sxsrf=AJOqlzWJSBBiPYf9
TsUcrrWljIoiipskmQ:1676733993587&source=lnms&tb
m=isch&sa=X&ved=2ahUKEwjP9MfwsJ_9AhVaTTAB
HVY_DpUQ_AUoAXoECAEQAw&biw=1366&bih=657
&dpr=1#imgrc=OHLEc-GhjZ-RPM.
http://www.sc.ehu.es/sbweb/fisica3/fem/espira/espira.html
https://unigal.mx/diferencia-entre-motor-sincrono-yasincrono/
https://es.wikipedia.org/wiki/Campo_magn%C3%A9tico_
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https://repositorio.pucp.edu.pe/index/bitstream/handle/123
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Dncrono%20est%C3%A1%20compuesto,la%20carcasa%
20y%20la%20excitatriz.
https://unigal.mx/construccion-y-tipos-de-maquinassincronas/
https://www.fundacionendesa.org/es/educacion/endesaeduca/recursos/generador-electrico