La máquina síncrona: generalidades I La
máquina síncrona utiliza un estator constituido por
un devanado trifásico distribuido a 120º
idéntico a la máquina asíncrona El rotor
está formado por un devanado alimentado desde el exterior
a través de escobillas y anillos rozantes mediante
corriente continua El rotor 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 se requiere corregir factor de potencia, o bien en
aplicaciones de velocidad estrictamente constante
La máquina síncrona: generalidades II (Gp:)
Elevadas velocidades de giro: turboalternadores (Gp:) Velocidades
de giro bajas (Gp:) Rotor de polos salientes (Gp:) Rotor
liso
Motores síncronos Catálogos comerciales
Generadores síncronos I
Generadores síncronos II
Corte transversal de una central hidráulica Rotor
ESTATOR= Devanado trifásico distribuido conectado a la
carga o red que se desea alimentar ROTOR= Devanado alimentado con
corriente continua que crea un campo magnético fijo. Se
hace girar por un medio externo TRANSFORMACIÓN DE
ENERGÍA MECÁNICA EN ENERGÍA ELÉCTRICA
Principio de funcionamien-to: generador Para conectar el
generador a una red es necesario que gire a la velocidad de
sincronismo correspondiente a la frecuencia de dicha red
Controlando la excitación (tensión de
alimentación del rotor) se consigue que la máquina
trabaje con cualquier factor de potencia: PUEDE ABSORBER O CEDER
Q El campo creado por el rotor, al girar, induce FEM en el
estator y, por tanto, hace circular corriente por la carga (Gp:)
P=PARES DE POLOS (Gp:) N=VELOCIDAD DE GIRO
ESTATOR= Devanado trifásico distribuido alimentado con un
sistema trifásico de tensiones ROTOR= Devanado alimentado
con corriente continua que crea un campo magnético fijo
CAMPO MAGNÉTICO GIRATORIO INTERACCIÓN ROTOR –
ESTATOR PAR MOTOR Y GIRO DE LA MÁQUINA Principio de
funcionamien-to: motor (Gp:) EL ROTOR GIRA A LA MISMA VELOCIDAD
QUE EL CAMPO: VELOCIDAD DE SINCRONISMO Controlando la
excitación (tensión de alimentación del
rotor) se consigue que la máquina trabaje con cualquier
factor de potencia: PUEDE ABSORBER O CEDER Q
Circuito equivalente (por fase) de la máquina
síncrona La FEM E es proporcional a la corriente de
excitación del rotor. En fun-cionamiento como generador
representa a la tensión que se induce en el estator y en
funcionamiento como motor a la fuerza contraelectro-motriz que es
necesario “vencer” para que circule la corriente que
alimenta al motor (Gp:) Funcionamiento como motor (Gp:)
Funcionamiento como generador Reactancia síncrona=
reactancia dispersión estator+efecto de reacción de
inducido Reactancia síncrona Resistencia estator
El generador síncrono en vacío (Gp:) Reactancia
síncrona (Gp:) Funcionamiento como generador (Gp:)
Resistencia estator (Gp:) Tensión en vacío V Cuando
el generador trabaja en vacío no hay caída de
tensión: la tensión de salida coincide con la FEM E
(Gp:) VELOCIDAD DE GIRO (Gp:) FLUJO (por polo) (Gp:) PROPORCIONAL
A IEXC
El generador síncrono en carga: reacción de
inducido I Cuando el alternador trabaja en vacío el
único flujo existente es el producido por la corriente
continua de excitación del rotor El flujo total de la
máquina se verá disminuido o aumentado dependiendo
que la carga sea inductiva o capacitiva Cuando suministra
corriente a una carga, dicha corriente produce un campo
magnético giratorio al circular por los devanados del
estator. 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”
(Gp:) Funcionamiento como generador (Gp:) Carga El generador
síncrono en carga II PARA UNA MISMA TENSIÓN DE
SALIDA EL GENERADOR PUEDE CEDER O ABSORBER POTENCIA REACTIVA
DEPENDIENDO DE QUE LA CARGA SEA INDUCTIVA O CAPACITIVA Para
conseguirlo basta modificar el valor de la E (modificando la
corriente de campo)
El generador síncrono en carga: funcionamiento aislado
(Gp:) EL GENERADOR ALIMENTA A UNA CARGA DE FORMA INDEPENDIENTE
(Gp:) FUNCIONAMIENTO AISLADO La tensión de
alimentación puede variar El factor de potencia de la
carga es fijo Aumento en la excitación Aumento en la
tensión de salida Aumento en potencia mecánica
Aumento en la velocidad de giro Aumento en la frecuencia
El generador síncrono en carga: conexión a red de
P. infinita (Gp:) 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 (Gp:)
CONEXIÓN A RED DE POTENCIA INFINITA La tensión de
alimentación ESTÁ FIJADA POR LA RED La frecuencia
ESTÁ FIJADA POR LA RED Aumento en la excitación
Aumento en la POTENCIA REACTIVA ENTREGADA Aumento en potencia
mecánica Aumento de la POTENCIA ACTIVA ENTREGADA
(Gp:) SOBREXCITACIÓN (Gp:) SUBEXCITACIÓN LA
TENSIÓN U ESTÁ FIJADA POR LA RED NORMAL (Gp:)
GENERADOR SUBEXCITADO (Gp:) GENERADOR SOBREXCITADO AUMENTO
CORRIENTE AUMENTO DEL ÁNGULO ? AUMENTO DE LA POTENCIA
REACTIVA SUMINISTRADA REDUCCIÓN DE LA POTENCIA REACTIVA
SUMINISTRADA
Variación de la velocidad en los motores síncronos
Motores gran potencia INVERSORES CICLOCONVERTIDORES Motores baja
potencia UTILIZACIÓN DE EQUIPOS ELECTRÓNICOS (Gp:)
El motor síncrono gira a la velocidad de sincronismo
60*f/p (Gp:) PARA VARIAR LA VELOCIDAD ES NECESARIO VARIAR LA
FRECUENCIA DE ALIMENTACIÓN APLICACIONES DE ELEVA-DA
POTENCIA (>1 MW): GRANDES MÁQUINAS (Soplantes,
compresores, etc.) Y PROPULSIÓN ELÉCTRICA BUQUES