lunes, 30 de noviembre de 2015

MOTORES SÍNCRONOS

El trabajo como motor corresponde a una máquina síncrona conectada a un sistema infinito, que recibe energía eléctrica para transformarla en energía mecánica que entrega por su flecha. La armadura produce un flujo de magnitud constante y que gira a la velocidad síncrona. El flujo de armadura es el mismo que se le llama reacción de armadura en el caso de los generadores, sólo que en los motores no se trata propiamente de una reacción, sino de una acción, puesto que es el flujo motor.
Se tienen dos variables, la fuerza electromotriz y el voltaje externo, y dos parámetros, la resistencia de armadura y la reactancia síncrona. La fuerza electromotriz, depende de la corriente de excitación, y la relación entre ambas está dada por la curva de saturación en vacío.

FIGURA  4.19. CIRCUITO EQUIVALENTE  DEL MOTOR  SÍNCRONO.
La fuerza electromotriz es igual al voltaje externo menos las pérdidas en la resistencia de armadura y en la reactancia síncrona.

 Según la corriente sea atrasada o adelantada, se generan los dos diagramas fasoriales siguientes:
a.      Factor de potencia retrasado.

b.      Factor de potencia adelantado.


Las líneas punteadas definen triángulos rectángulos en los que las fuerzas electromotrices constituyen las hipotenusas. Aplicando el teorema de Pitágoras para los dos casos se tiene:
Para factor de potencia atrasado:



Para factor de potencia adelantado:

COMO MÁQUINA CONECTADA A UN SISTEMA INFINITO 

El comportamiento de un motor síncrono es semejante al del generador conectado a un sistema infinito, el cual determina el voltaje y la frecuencia a que debe trabajar la máquina. En vista de que la frecuencia del sistema es constante, el motor síncrono es una máquina de velocidad estrictamente constante.
Como la fuerza electromotriz se controla con la corriente de excitación, se deduce que el factor de potencia de la máquina síncrona se puede controlar a voluntad mediante la corriente de excitación.
La fuerza electromotriz puede adquirir una magnitud superior a la del voltaje aplicado, sin que por ello deje de trabajar la máquina como motor. La característica fundamental del trabajo como motor es que la fuerza electromotriz está atrasada con respecto al voltaje aplicado.

CAPACITOR SÍNCRONO

Un motor lo suficientemente grande como para influir apreciablemente en la carga de una industria, puede hacerse trabajar a factor de potencia adelantado, con lo cual se corrige el bajo factor de potencia retrasado de otros equipos. El motor está desempeñando además de su propio trabajo, la función de un banco de capacitores.
A un motor síncrono trabajando en estas circunstancias se le llama capacitor síncrono. Como el grado de adelanto se puede controlar con la corriente de excitación, tiene la ventaja sobre los bancos de capacitores estáticos, de que su capacitancia es variable.
Un motor que se desee trabajar como capacitor síncrono debe tener su embobinado de excitación lo suficientemente reforzado como para soportar la alta corriente que se necesita, sin que su calentamiento supere el límite de seguridad.

ARRANQUE DEL MOTOR SÍNCRONO

El motor síncrono carece totalmente de par de arranque. En el momento de energizar la armadura aparece su respectivo flujo girando a la velocidad síncrona, puesto que no tiene inercia. El rotor en cambio, sí la tiene y no puede adquirir instantáneamente la velocidad.
Si el rotor no se encuentra excitado no hay atracción que produzca el par electromagnético, y si lo está, la liga magnética se rompe cada vez que el flujo de armadura pasa frente a los polos con tal rapidez, que no puede vencer la inercia del rotor. Para arrancar un motor síncrono es necesario algún sistema auxiliar. Existen dos formas de lograrlo:
1.      Con un motor auxiliar: un motor auxiliar de cualquier otro tipo acoplado a la flecha del síncrono, se encarga de iniciar el giro hasta obtener la velocidad síncrona. Entonces se energiza la armadura y se excita el campo, con lo que queda sincronizado el motor al sistema. Una vez que el motor ha quedado en sincronía, se desacopla el motor de arranque y se acopla la carga, para lo cual hay que disponer de elementos adecuados de transmisión mecánica.
2.      Con devanado auxiliar de inducción: agregando al rotor un devanado de jaula de ardilla, se puede iniciar el giro como motor de inducción. La jaula no puede tener la misma consistencia que para un motor de inducción, pues si se trata de rotor cilíndrico hay que dejar libre el espacio de las ranuras, en donde se acomoda el embobinado de excitación, y si es de polos salientes, las barras se alojan únicamente en las zapatas polares, pues no tiene ningún objeto agregar barras en el espacio de aire interpolar.

En los dos casos, la jaula se cierra mediante un anillo frontal y otro posterior. El arranque se efectúa sin corriente de excitación, pues la presencia de flujo polar interfiere el libre funcionamiento de la jaula, además de que produce un contrapar que dificulta el arranque.

 ARRANCADORES

En los motores síncronos con devanado auxiliar de inducción, el arranque se efectúa igual que para los motores de inducción, agregando un último paso que consiste en suministrar la corriente de excitación y ajustar el factor de potencia. Los arrancadores pueden ser manuales o automáticos, a pleno voltaje o a voltaje reducido y son los mismos que para los motores de inducción.
Entre los arrancadores automáticos existen algunos especiales para motores síncronos. El arrancador en sí, es el mismo que para motores de inducción, pero dentro de su gabinete incluye la resistencia de descarga, el conmutador automático con contactos traslapados y un relevador detector de frecuencia y polarización de las tensiones inducidas en el devanado de excitación, con el objeto de que la conmutación se produzca en el momento más adecuado para la sincronización con el sistema alimentador.


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