Ing. Huber Murillo M. Especialista en máquinas eléctricas
ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
Reciben el nombre de maquinas sincronías todos aquellos convertidores electromecánicos rotativos capaces de transformar energía mecánica en eléctrica a una frecuencia mecánica y eléctrica iguales.
Los motores síncronos son usados como servo-controladores en aplicaciones como equipos periféricos de computadoras, robóticos y como controladores de velocidad ajustables en una variedad de aplicaciones como: bombas de carga, grandes abanicos y compresores.
En aplicaciones de baja potencia, son usados motores síncronos de imán permanente.
Estos motores son a menudo referidos como motores "DC sin brocha" o motores conmutados electrónicamente.
INTRODUCCION
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
Condensador Síncrono
I
E
V
sendXI
IjX d
Suponiendo: 0aR
cosdXI
IE
IjX d
Generador sobreexcitado:
Generador subexcitado:
sendXI
cosdXI
Lugares
geométricos
de potencia
constante
para :
E, I
V
I cosE
E
Generador con excitación
normal: dXjI
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
GENERAL ELECTRIC - SINCHRONOUS MOTOR
RATED HP 21,000 RPM 1200 FREQ 60 HZ
VOLTS 6,600 AMPER. 1404 PHASE 3
PF 1.0 CODE B FRAME 9398
EXCITATION VOLTS. 125 AMPER. 5.2
ESTATOR Y ISOLAT. B CAT: GEK - 42582
CAUTION BEFORE INSTALLING
OR OPERATING READ MADE IN USA
ESPECIFICACIONES NOMINALES DE LOS MS
A CONTINUACION PRESENTAMOS LAS CARACTERISTICAS MAS IMPORTANTES A UTILIZARSE
EN LA OPERACION DE LOS MOTORES SINCRONOS, QUE PUEDEN TRABAJAR COMO MOTOR
PARA USO ESPECIAL Y /O COMPENSADOR DINAMICO. TIENE LA CAPACIDAD DE TRABAJAR
COMO MOTOR ( MOVER UNA CARGA ) Y SUMINISTRAR POTENCIA REACTIVA A LA LINEA.
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
Q ( MVAR )
Q ( MVAR )
+
-
SISTEMA
MW
SISTEMA
SISTEMA
SISTEMA
MW
+-
OPERACION DE LAS MAQUINAS SINCRONAS
MS GP
Q
P P
P
Q
Q
MS G
OPERACION NORMAL
DEL GENERADORSINCRONO
OPERACION ANORMALDEL GENERADOR
SINCRONO
OPERACION NORMAL
DEL MOTOR SINCRONO“ COMPENSADOR
DINAMICO”
OPERACION NORMALDEL MOTOR
SINCRONO “ PARACARGAS PESADAS ”
AQUI
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
CURVAS V DE LOS MOTORES SINCRONOS
-0.5
0
0.5
1
1.5
2
2.5
0 50 100 150 200 250 300 350
CORRIENTE DE EXCITACION If ( p.u. )
CO
RR
IEN
TE
S
DE
CA
RG
A
(
p.u
. )
I1
I2
I3
I.U.F.P.
F.P.UNITARIO
F.P.ADELANTO
F.P. ATRASO
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
A
A
V
V SW1 SW2
R
S
T
+
_
MOTOR SINCRONO
FASE R
FASE S
FASE T
CONEXIONES DEL MOTOR SINCRONO PARA EL ARRANQUE Y CONTROL
DEL FACTOR DE POTENCIA VARIANDO LA EXCITACION DEL CAMPO
U1 U2
V1 V2
W2W1F1 F2
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
CONSITUCION ELECTROMECANICO DE LOS MOTORES
SINCRONOS DE ANILLOS ROZANTES
ESTATOR PRINCIPAL
EJE
RECTIFICADOR
DE ONDA
COMPLETA
L1
L3
+ -
DESDE LA
FUENTE
VENTILADOR
ESTATOR PRINCIPAL
L1 L2
L3
SISTEMA DE
ARRANQUE
PARA BAJA
TENSION
ROTOR PRINCIPAL
ANILLOS
ROZANTES
ESCOBILLAS
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
FUENTE DC
ROTOR + SISTEMA DEARRANQUE ( MASA MOBIL ) ESTATOR ( MASA FIJA )
ANILLOS
ROZANTES
T
S
R
DEVANADO
TRIFASICO
AMORTIGUA-
DOR
CAMPO
DC
Radj.
Banco externo
de resistencias
SISTEMA DE ARRANQUE CON DEVANADO
AMORTIGUADOR DE LOS MOTORES
SINCRONOS TRIFASICOS
RED TRIFASICA
EXTERNA
ESCOBILLAS
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
400
300
200
100
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 PORCENTAJE DE LA VELOCIDAD SINCRONA ( % )
TORQUE NOMINAL
ROTOR DEVANADO
CON CONTROL
DE RESISTENCIA
EXTERNA
ALTA RESISTENCIA
BAJA RESISTENCIA
ARRANQUE POR MOTOR PRIMO
TORQUE EN ( % )
CURVAS CARACETRISTICAS DE LOS MOTORES SINCRONOS
Carcateristicas del torque de arranque ( % ) vs velocidad ( % )
Ws
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
ANILLOS
ROZANTES
T
S
R
CAMPO
DC
Radj.
SISTEMA DE CONTROL CON FUENTE DC ESTATICA
DE ESTADO SOLIDO PARA LOS MOTORES
SINCRONOS TRIFASICOS
RED
TRIFASICA
EXTERNA
CARGA
MECANICA
Supresor de
subidas Vac Filtro Rectificador
TRANSFORMADOR
- Y
ESTATOR DEL
MOTOR SINCRONO
Supresor de
subidas Vac
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
SISTEMA DE CONTROL DE LOS MOTORES SINCRONOS
TRIFASICOS SIN ESCOBILLAS ( COMPLETAMENTE INDUCTIVO )
FUENTE DC
ESTATICA
DE ESTADO
SOLIDO
RECTIFICADOR
DE ONDA
COMPLETA +
FILTRO
ESTATOR
R
S
T
ROTOR DEL MOTOR
SINCRONO
CAMPO
FIJO DC
ALTER
NADOR
EXCITATRIZ
CAMPO
MOBIL
VARIAC
MONOFASICO
Fuente Vac
monofasica
MOTOR
SINCRONO
MASA MOBIL
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
CONSITUCION ELECTROMECANICA DE LOS MOTORES
SINCRONOS COMPLTAMENTE NDUCTIVOS
ESTATOR PRINCIPAL
ROTOR PRINCIPAL
RECTIFICADOR
DE ONDA
COMPLETA
L1
L3
+ -
DESDE LA
FUENTE
VENTILADOR
ESTATOR PRINCIPAL
L1 L2
L3
L2
ESTATOR
ESTATOR
ROTOR
+
-
EXCITATRIZ
SISTEMA DE
ARRANQUE
PARA BAJA
TENSION
RECTIFI-
CADOR
0NDA
COMPLETA
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
EXCITATRIZ
ROTOR ESTATOR ESTATOR ROTOR
PUENTE
RECTIFICADOR
FASE R
FASE S
FASE T
Fase r
Fase s
Fase t
MASA MOVIL
L1
L2
L3
RECTIFICADOR
DE ONDA
COMPLETA
+ - L3
L2
L1
DESDE LA
FUENTE
CONSITUCION ELECTRICA DE LOS MOTORES SINCRONOS
COMPLETAMENTE INDUCTIVOS
Radj
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
EXCITATRIZ
ROTOR ESTATOR ESTATOR ROTOR
PUENTE
RECTIFICADOR
Fase r
Fase s
Fase t
MASA MOVIL
RECTIFICADOR
ONDA
COMPLETA
+ - L3
L2
DESDE LA
FUENTE
TRIFASICA
CONEXION DE MOTORES SINCRONOS 06 TERMINALES
U1 V1 W1
U2 V2 W2
L3
L2
1 2 3
4 5 6
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
CARACTERÍSTICAS DE LOS MOTORES SÍNCRONOS
• El factor de potencia es elevado.
• Trabaja a toda carga con f.P. = 1.
• La velocidad es constante a toda carga.
• No admite variaciones bruscas de carga , ya que pierde
la velocidad del sincronismo.
• Deben ponerse en marcha con motores asíncronos.
• No se puede emplear motores síncronos cuando ha
de arrancarse en carga.
• Gastos de instalación mas elevados.
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APLICACIÓN DE LOS MOTORES SÍNCRONOS
• En Centrales Eléctricas y en las Subestaciones en paralelo a
las barras mejorando el factor de potencia .
• Industrias que tienen un elevado numero de motores de
inducción para mejorar el f.d.p.
• Al final de algunas líneas de transmisión para controlar el
voltaje mediante el procedimiento de variar la excitación.
• Como elemento de accionamiento de grandes cargas :
molinos de cemento, industria minera, molinos textiles, etc.
• Operan en forma continua y velocidad constante tal como
bombas centrifugas compresores de aire, grupos motor
generador, etc.
MOTORES SINCRONOS ING. HUBER MURILLO M
ARRANQUE DE LOS MOTORES SINCRONOS
Para hacer la maniobra de conexión es preciso que se cumplan con exactitud estas tres condiciones:
• Llevar el motor a la velocidad del Sincronismo (con un motor auxiliar).
• Conectar el motor a la línea en un motor en que la tension de línea o fuerza contraelectromotriz del motor se encuentren en oposición.
• Cerrar el interruptor de alimentación del motor una vez cumplida las anteriores condiciones.
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VENTAJAS DE LOS MOTORES SINCRONOS
- El factor de potencia se puede variar como sea requerido.
- Puede dar velocidad constante de condiciones de vacío
a condiciones de plena carga.
- La Potencia varía linealmente con el voltaje.
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DESVENTAJA DE LOS MOTORES SINCRONOS
• No tiene aplicaciones donde la velocidad sea variable.
• Requiere de excitación de cc , proveer en algunos casos de una fuente externa.
• No puede arrancar bajo carga ya que su par de arranque es cero.
• Requiere de anillos colectores y escobillas
• Puede salir del sincronismo y parar cuando se sobrecarga.
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SINCRONIZACIÓN
Cuando un generador tiene que alimentar una red de gran capacidad , ésta le impone la frecuencia y la tensión . En el mismo instante en el que se acople a la red , su frecuencia y su tensión deben coincidir con las de la red ; la tensión debe coincidir no solo en lo que respecta a la magnitud , sino también en la fase. Esta condición debe cumplirse en las tres ramas o fases . Implica la exigencia de que la sucesión de las tensiones en las ramas o fases del arrollamiento de la maquina coincida con las de la red.
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BIBLIOGRAFIA
HUBER MURILLO LABORATORIOS DE MAQUINAS
ELECTRICAS III
GEORGE THALER, MÁQUINAS ELECTRICAS.
FITZGERALD, MÁQUINAS ELECTRICAS.
RICHARDSON, MÁQUINAS ELECTRICAS
ROTATIVAS.
Dr. Ing. Karl Humburg. LA MAQUINA SINCRONICA
Leander MATSCH MAQUINAS ELECTROMECANICAS Y
ELECTROMAGNETICAS
KOSOW MAQUINAS ELECTRICAS
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