UNIVERSIDAD NACIONAL DEL CALLAO - FIEE - UNAC

INTRODUCCIONLas maquinas elctricas, son a nivel mundial la base de toda industria. Por lo que el estudio de estas, es necesario para todo estudiante dedicado a la carrera de ingeniera elctrica. Existen maquinas elctricas, como las que mencionaremos desde un punto de vista general, ya que por cada una de estas, existe una clasificacin especifica:1. Transformadores.2. Maquinas elctricas rotativas.2.1. Maquinas Elctricas Asncronas2.2. Maquinas Sncronas Generadores elctricos AC o CC. Motores Elctricos Sncronos AC.De la clasificacin planteada, tanto TRANSFORMADORES como MAQUINAS ELECTRICAS ASINCRONAS han sido objeto de estudio en los cursos previos al presente curso (MAQUINAS ELECTRICAS III). En el presente curso, estudiamos MAQUINAS ELECTRICAS SINCRONAS. Y en el presente desarrollaremos el siguiente trabajo domiciliario intitulado CONSTITUCIN ELECTROMECNICA. CLASIFICACIN GENERAL. PRINCIPIO Y CARACTERSTICAS NOMINALES DE TRABAJO. MODELAMIENTO EN EL SEP EN LOS CUATRO CUADRANTES. OPERACIN DINMICA DE LAS MOTORES SNCRONOS, donde analizaremos un anlisis concreto, con la finalidad de interpretar, comprender, conocer y estimar el comportamiento de los MOTORES SINCRONOS.

MARCO TEORICODEFINICIONMotor sncrono es una maquina rotativa de corriente alterna, donde la frecuencia de los voltajes generados y la velocidad de la maquina estn en relacin constante:

Es por esta caracterstica que lo motores sncronos se diferencian de los asncronos ya que estos presentan un deslazamiento presente a cero. Adems la velocidad se mantiene constante independiente de la carga.CONSTITUCION MECANICA

Figura 1: Diagrama de la constitucin mecnica de un motor sncrono.Elaboracin Propia

ESCUELA DE INGENIERIA ELECTRICA - UNAC

MAQUINAS ELECTRICAS III10

A. Estator Principal.B. Rotor Principal.C. Estator del circuito de excitacin.D. Rotor del circuito de excitacin.E. Devanado principal de armadura.F. Devanado principal de campo.G. Devanado de Amortiguamiento.H. Rodamientos.I. Eje.J. Ventilador.

Del esquema anterior, podemos hacer mencin que es muy similar al de un generador sncrono AC. Pero es en el funcionamiento, que se diferencian ambas maquinas sncronas.

PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

Segn lo expresado en el esquema anterior, mencionamos en el tem #2 que el rotor es llevado hasta la velocidad sncrona, para que pueda arrancar el motor. En la figura #2 podemos ver que existe un DEVANADO AMORTIGUADOR, este devanado permite arrancar a los motores sncronos por si solos, siempre y cuando los motores sean de bajas potencias. Figura 2: Diagrama interno de la constitucin mecnica de un motor sncrono polos salientes.Elaboracin Propia

En el siguiente cuadro resumiremos lo dicho.MODO ARRANQUE/POTENCIABAJAS POTENCIASALTAS POTENCIAS

DEVANADO AMORTIGUADOROK

MOTOR AUXILIAROK

ANALISIS CIRCUITO EQUIVALENTEEl circuito equivalente de los motores sncronos es similar, con la diferencia de que el sentido de la corriente cambia. Y cumple con las mismas ecuaciones.+

-

Figura 3: Circuito Equivalente Motor SncronoElaboracin Propia

Donde: Ra= Resistencia de Armadura. Xs= reactancia Sncrona. V= Tensin de Alimentacin. Eaf= Tensin inducida en la armadura debido a la corriente de campo. Ia= Corriente de armadura.Ecuacin Fundamental: Debido a que en el presente trabajo estamos estudiando a la maquina sncrona como motor, se menciona lo siguiente: El Angulo de potencia (), posee un valor negativo, respecto a cero. El fdp [], puede ser modificado, esto es una caracterstica que lo diferencia del motor asncrono. ACONTINUACION, presentaremos los dos diagramas fasoriales que identifican el comportamiento de la maquina sncrona como MOTOR SINCRONO.

Figura 4: Diagrama fasorial - InductivoElaboracin Propia

a

Figura 5: Diagrama fasorial - capacitivoElaboracin Propia

Para un mejor anlisis, haremos seguimiento en unos problemas extrados de la web:Como toda mquina esta tiene sus lmites de trabajo, a los cuales la maquina trabajara de manera ptima y si desgastar sus componentes. Entre los lmites de las maquinas sncronas encontramos: Lmite de intensidad en devanado de armadura. Lmite de intensidad en devanado de campo. Lmite de par mecnico (PAR RESISTENTE).Para los anlisis siguientes debemos tener en cuanta las caractersticas de operacin. RPM constante. V constante. Frecuencia constante.ANALISIS 1:Tenemos un motor sincrnico trifsico de polos cilndricos, conectado en estrella a 1732 V entre lnea. , . Las prdidas de potencia por friccin mecnica y del aire ms las del ncleo suman 9 kW. La potencia de salida es de 390 HP. La tensin de excitacin mxima () es de 2500 V por fase. Con estos datos podemos calcular la corriente de armadura y FDP, cuando el devanado de campo est al lmite. Por lo que al calcular la corriente de armadura esta ser la mxima que puede soportar el devanado de armadura.

Para calcular , aplicamos la siguiente ecuacin:

Del enunciado el nico dato que nos faltara calcular seria , porque lo que usamos la siguiente ecuacin.

Por lo que.

Nota: P es potencia de ingreso trifsica, y las tensiones V y Eaf, son valores de fase.Resumen: con Eaf= 2500 V y P salida= 390 HP.

Conclusin:1. Concluimos que la mquina est generando potencia reactiva.2. Concluimos que la corriente de armadura calculada es la mxima que puede circular por el devanado de armadura, cuando la carga es de 390 HP. No podemos deducir que se sea la nominal, debido que los datos de placa que nos dan son insuficientes (faltara KVA nominales).ANALISIS 2:Un motor sincrnico trifsico en conexin estrella, de 380 V entre fases, 1500 rpm, 50 Hz, 100 kW con FP=1 y tensin nominal. Ra despreciable, . El motor desarrolla 100 kW en el eje, FP a 0.8 inductivo y tensin nominal. Se ajusta la corriente de campo para un factor de potencia de 0.8 capacitivo.Para ver el comportamiento de los parmetros de la maquina cuando se vara el fdp, modificando la I campo, para ello haremos una serie de clculos, con los datos que tenemos:

De lo anterior deducimos que si modificamos I de campo, modificamos automticamente Eaf. Por lo que en las ecuaciones nosotros daremos diferentes valores a Eaf.

Como el motor desarrolla un par constante, y por lo tanto la potencia tambin ser constante.Primero calcularemos Eaf, en condiciones nominales (380V FDP=1 Inom=151.9342):

Si modificamos el valor de Eaf, a diferentes valores, y manteniendo constante la POTENCIA. Obtendremos los resultados de la siguiente tabla.EafIaP (KW)()S (KVA)Q (KVAR)

100344.09100-49.44226.47-203.20

105330.78100-46.34217.71-193.38

110318.28100-43.68209.49-184.08

115306.43100-41.34201.69-175.15

120295.12100-39.28194.24-166.52

125284.26100-37.43187.10-158.13

130273.82100-35.76180.22-149.93

135263.75100-34.24173.59-141.90

140254.04100-32.86167.20-134.00

145244.66100-31.59161.03-126.22

150235.63100-30.43155.09-118.54

155226.94100-29.35149.37-110.95

160218.59100-28.35143.87-103.44

165210.60100-27.41138.62-95.99

170203.00100-26.54133.61-88.61

175195.79100-25.73128.86-81.27

180189.00100-24.96124.40-73.99

185182.67100-24.24120.23-66.75

190176.84100-23.57116.39-59.55

195171.52100-22.93112.89-52.39

200166.77100-22.32109.77-45.26

205162.62100-21.75107.03-38.16

210159.11100-21.21104.72-31.09

215156.26100-20.69102.85-24.04

220154.12100-20.20101.44-17.01

225152.69100-19.73100.50-10.01

230152.00100-19.29100.05-3.03

232.17151.93100-19.10100.000.00

235152.05100-18.86100.083.94

240152.83100-18.45100.5910.88

245154.33100-18.06101.5717.81

250156.51100-17.69103.0124.73

255159.35100-17.33104.8831.63

260162.82100-16.99107.1638.52

265166.86100-16.66109.8245.39

270171.43100-16.34112.8352.26

275176.49100-16.04116.1659.11

280182.01100-15.74119.7965.96

285187.92100-15.46123.6972.79

290194.20100-15.19127.8279.61

295200.82100-14.92132.1786.43

300207.73100-14.67136.7293.24

305214.91100-14.42141.45100.04

310222.32100-14.19146.33106.83

315229.96100-13.96151.35113.61

320237.79100-13.73156.51120.39

325245.79100-13.52161.77127.17

330253.95100-13.31167.15133.93

335262.25100-13.11172.61140.69

340270.68100-12.91178.16147.45

345279.23100-12.72183.78154.20

350287.88100-12.54189.48160.94

355296.63100-12.36195.24167.68

360305.47100-12.18201.05174.42

365314.38100-12.01206.92181.15

370323.36100-11.85212.83187.88

375332.42100-11.69218.79194.60

380341.53100-11.53224.79201.32

385350.70100-11.38230.82208.03

390359.91100-11.23236.89214.75

Figura 6: Curva Ia vs EafElaboracin Propia

Figura 7: Curva vs EafElaboracin Propia

Figura 8: Curva vs KVARElaboracin Propia

Conclusin:1. Concluimos que para cambiar el estado del FDP, y pasar de atraso a adelanto es necesario aumentar la corriente de campo segn la figura # 6.2. Concluimos que al variar la corriente de campo, vara el Angulo de potencia. Este parmetro es muy importante a la hora de considerar la estabilidad de la mquina. Por lo que deberamos tener cuidado de no rebasar los lmites establecidos.BIBLIOGRAFIA1. [1] Ing. Gilberto Enrquez Harper, El ABC de las Maquinas Elctricas II Motores de Corriente Alterna, Mxico DF ,2001

2. [2]M. Kostenko & L. Piotrovski, Maquinas Elctricas II, Moscu-URSS ,1973

3. [3]Federico Vargas Machuca Saldarriaga, Maquinas Elctricas Rotativas Aspecto Constructivos, Per ,1990

4. [4]COYNE, Manual de Equipo Elctrico y Electrnico - Control, Mxico DF, 1986.

5. [5]Juan Carlos Martin Castillo, Maquinas Elctricas - Materiales y herramientas del bobinador, Editex, Espaa.

6. [6]A. E. FitzGerald, Teora y Anlisis de las Maquinas Elctricas, Barcelona-Espaa, 1975.

ENLACES

Figura 8: Devanado Estatorico Elaboracin Propia

Figura 9: Devanado Estatorico ImbricadoElaboracin Propia