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MOTOR SINCRONICO

  Estos motores están excitados con corriente continua en el  rotor y  su  empleo  esta limitado por la imposibilidad  de  variar  su velocidad (que por otra parte es una ventaja) y por su dificultad de arranque.

Estos motores generalmente no arrancan por si solos, a no ser que estén provistos de un rotor en jaula de ardilla con lo que arrancaran  como asincrónicos y cuando estén próximos a su  velocidad de  sincronismo se les excita convenientemente para que  alcancen dicha velocidad.

Al  alimentar el devanado del estator de un motor sincrónico  con corriente alterna trifásica surge un campo magnético giratorio.

La velocidad de rotación del campo depende de la frecuencia y el numero de polos del estator.

Si hay dos polos y la  fre­cuencia  es 50 Hz. el campo girará a 3.000 rpm, si hay cuatro  polos, a

1500, si hay seis a 1000.

La misma se puede calcular aplicando la siguiente expresión

ns =     la unidad de medida es rpm

Sin  embargo  si después de conectar el  estator  inyectamos  una corriente  continua  al devanado del rotor el motor no  puede  ponerse  en movimiento.

Esto se explica por el hecho de que el campo magnético del  estator,  girando con gran velocidad respecto del rotor inmóvil  (que al  estar alimentado por una fuente de tensión continua  funciona como  un imán) no puede comunicarle momentáneamente una  velocidad sincrónica y hacerlo girar.

Por  eso  para poner en marcha un motor  sincrónico  se debe emplear métodos especiales.

Pese  a estos inconvenientes, presenta una ventaja  fundamental: su  posibilidad de absorber corriente de la red con un factor  de potencia inductivo o capacitivo según sea el valor de su corriente de excitación.

Si  el  valor de la corriente de excitación es  sobreexcitada el motor funciona frente a línea como una carga capacitiva.

El  motor  sincrónico  destinado para mejorar el cos  fi  de  una instalación  se  lo denomina COMPENSADOR DE  FASE  SINCRONICO,  o CAPACITOR SINCRONICO.

  Arranque de los motores sincrónicos

  1)Para  arrancar un motor sincrónico hay que llevar el rotor  a  la velocidad de sincronismo, para después acoplarlo a la red.

Para  efectuar este acoplamiento se procede como si en  realidad, lo que se tratara de realizar fuera el paralelo de un  alter­nador  a la red. Por tanto se hace trabajar al  motor  sincrónico como  alternador y se procede a su acoplamiento con la red,  para lo que es necesario satisfacer las condiciones siguientes:

a)Que las dos tensiones sean iguales

b)Que las dos frecuencias sean iguales

c)Que exista la misma secuencia de fase

d)Que exista concordancia de fase

Una  vez satisfechas las condiciones anteriores se procede  a  su acoplamiento cerrando el interruptor de maniobra.

  Si en estas condiciones (funcionando la maquina como  alternador) se procede a desacoplar su maquina motriz, automáticamente dejara la  maquina de funcionar como alternador para pasar  a  funcionar como motor sincrónico..

2)Otra posibilidad es acoplar al motor sincrónico otro motor  hasta que  el primero logre una  velocidad cercana a la sincrónica,  en ese instante se alimenta con una fuente de corriente continua al rotor.

3)En  algunos  motores se utiliza un rotor con algunas  espiras  en cortocircuito (devanados de amortiguamiento).

Cuando se lo pone en marcha se deja abierto el circuito de  excitación, en estas circunstancias el motor sincrónico arranca  como un asincrónico con rotor jaula.

Posteriormente  se  conecta la fuente de corriente  continua  al rotor para lograr que el motor funcione a la velocidad  sincrónica.

Cuando el motor tiene que actuar sobre cargas mecánicas  elevadas, para  evitar valores excesivos de las corrientes de arranque,  es preferible ponerlo en funcionamiento en vacío y, una vez  cumpli­das las condiciones normales de arranque, aplicar la carga paulatinamente.

  PRINCIPALES CARACTERISTICAS DE LOS MOTORES SINCRONICOS

  Como  resumen de todo el estudio realizado sobre la maquina  sincrónica y de sus características en su funcionamiento como  motor podemos  señalar cuales son sus principales ventajas  e  inconve­nientes.

  1)En estos motores el factor de potencia es siempre elevada y por lo tanto para cargas pequeñas la corriente absorbida de la red de alimentación  es  siempre  menor que la que  necesaria  en  las mismas condiciones que un motor asincronico, por ejemplo:

La  corriente  tomada por un motor asincrónico en  vacío  es  del orden de 1/3 de la de plena carga, mientras que la absorbida  por uno  sincrónico de la misma potencia es, aproximadamente de  1/10 de la corriente para la misma carga del asincrónico.

  2) Para cualquier carga en el eje del motor, el factor de potencia puede ser igual a  la unidad. Esta ventaja se da también en la instalación donde se emplean estos motores.

  3)La velocidad es siempre constante para cualquier tipo de carga en el eje del motor. Esta cualidad tiene mucha importancia en utilizaciones de laboratorios  o  aparatos especiales y siempre que deba  obtenerse una velocidad dependiente de la frecuencia.

Esta  ventaja tiene menor importancia en aplicaciones  industriales,  ya que es muy pequeña la caída de velocidad en los  motores asincronicos.

4)No  admiten  variaciones  bruscas de carga ya  que  pierden  la velocidad  de sincronismo, pudiendo originarse accidentes al  ele­varse la corriente en el inducido y el inductor.

  5)Deben  ponerse  en marcha como motores  asincronicos,  con  una instalación  aparte para reducir la tensión aplicada  durante  la maniobra  de  arranque , en el caso de no disponer  de  corriente continua puesto que sabemos que necesitan de ella para la excita­ción del inducido.

  6)No se pueden emplear motores sincrónicos cuando se ha de  arrancar  en carga, o son necesarias frecuentes paradas y  puestas  en marcha. El arranque debe hacerse en vacío y la  carga  aplicarse paulatinamente  una vez que se ha alcanzado la velocidad de  sin­cronismo.

  7)Gastos  de  instalación  mas elevados respecto  a  los  motores asincrónicos,  al  tener que disponer de maquinas  auxiliares  de arranque en casi todas las ocasiones de funcionamiento.

  APLICACIONES DE LOS MOTORES SINCRONICOS

  Su máxima aplicación se da en instalaciones de bombas de  embolo, bombas  centrifugas,  ventiladores  centrífugos,  compresores   y grupos moto generadores.

 

CONEXION DE UN MOTOR ASINCRONICO TRIFASICO COMO SINCRONICO

  El circuito es el siguiente:

 

 

Como  se ve el estator de la maquina esta en este caso  conectado en  triángulo, mientras que el rotor esta conectado en  el  punto medio de una llave trifásica inversora.

En  uno de los extremos de dicha llave se  encuentran  conectadas tres resistencias variables en estrella.

En el otro extremo se conecta una fuente de corriente continua de tal manera que en una punta existe una resistencia variable y  en el  otro un nodo con dos derivaciones, que en definitiva  permite que la alimentación de continua llegue con tres conductores a  la llave inversora.

Inicialmente  el  motor arranca con las  resistencias  del  rotor conectadas en estrella, una vez que la maquina llega a la velocidad cercana a la de sincronismo se conecta la fuente de continua al rotor quedando el motor girando a la velocidad sincrónica.

  MOTORES SINCRONICOS MONOFASICOS

  El uso de estos motores se limita a instrumentos y relojes  eléctricos. Requieren dispositivos de arranque y un imán permanente o excitación con C.C.

En maquinas pequeñas se usa invariablemente el primer método.

Su  funcionamiento puede explicarse con la ayuda de la  siguiente figura  en donde se muestra un motor sincrónico con rotor a  imán permanente.

Durante el semiciclo positivo la corriente del estator produce un par de polos magnéticos.

El polo N del estator ejerce atracción sobre el polo S del  rotor y  este  último es atraído en el sentido horario. Cuando  la  corriente  disminuye  hasta  cero la fuerza del  polo  del  estator

decrece  y el momento cinético del rotor hace que el polo S  pase la  línea  central del estator Durante el semiciclo  negativo  la polaridad de los polos se invierte y el polo S del estator ejerce empuje  sobre  el rotor. Así resulta una cupla  continua,  aunque pulsante y el rotor gira a la velocidad sincrónica.

Esta claro que la rotación puede ocurrir solamente a una  veloci­dad  que  iguale exactamente a los cambios de  polaridad  de  los polos del estator.

La cupla de arranque se produce por medio de un anillo de  sombra colocado en las ranuras del estator, de modo que abrace parte del flujo magnético principal.

Cuando  el motor gira cerca de la velocidad sincrónica la  atrac­ción entre los polos magnéticos del estator lleva las  revolucio­nes  siguientes hasta la velocidad sincrónica.

Otra  posibilidad es impulsar en forma manual en el  arranque  al rotor del motor para ponerlo en marcha.

 

ENSAYO DE UN MOTOR SINCRONICO 

(Determinación de la curvas en V)

 

Objetivo: Puesta  en marcha de un motor sincrónico y obtención  de valores para construir la

curva en V.

 

Circuito                 

 

 

 

 

 

 

Instrumentos

  Procedimiento: Se  pone en marcha el motor como una máquina asincrónica. Para ello se intercala entre la fuente de CC y el rotor una resistencia de valor infinito que pueda ser regulada.

Una vez que el motor está en funcionamiento se modifica la tensión de CC de la fuente de cero a un valor predeterminado.

Posteriormente se elimina gradualmente la resistencia de valor infinito, hasta ponerla en cortocircuito.

Se realizan los ajustes necesarios para que el motor gire a la velocidad sincrónica.

Las curvas en V de un motor sincrónico alimentado a tensión constante y frecuencia también constante, reflejan la variación de la intensidad de corriente absorbida en función de la intensidad  de excitación para una potencia suministrada.

Primero  trabajando el motor en vacío, se procede a  variar  la corriente de excitación, con lo que se obtendrá una variación  de la corriente absorbida de la red.

La  variación de la excitación se realizara  disminuyéndola  para que el motor trabaje subexcitado, después se procederá  paulatinamente a elevarla hasta conseguir que el motor sincrónico  trabaje sobreexcitado.

Los  valores  obtenidos  se recogerán en  un  cuadro  de  valores.

 

VACÍO

 

Iex

Ic

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Luego  se  repite  la mediciones anteriores  para 1/4  1/2  y el 100% de la potencia nominal, con lo que se consigue una familia de curvas en donde gráfico la corriente de carga en función de lal corriente de excitación.