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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


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


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.


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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


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.


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.


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.


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.


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.


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.


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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