UNIVERSIDAD NACIONAL EXPERIMENTAL

FRANCISCO DE MIRANDA

AREA DE TECNOLOGA

COMPLEJO EL SABINO

CATEDRA: ELECTROTECNIA

REALIZADO POR:

GIMNEZ, Martha C.I.:15917.917

NEZ, Johana C.I.:15.016.178

QUERO, Laura C.I.:15.459.728

RIOS, Rafael C.I.: 15.460.918

RODRGUEZ, Naila C.I.:14.168.851

VELASCO, Maglyn C.I.:15.917.923

PUNTO FIJO, MAYO 2003.INDICE

Pg.

INTRODUCCIN.................................................................................................. 3

Fundamentos de funcionamiento de las maquinas de corriente alterna.. 4

Alternador sincrnico..6

1. Constitucin de un alternador...6

2. Capacidad nominal- Consideraciones ..7

3. Operacin de un alternador actuando al vaco..7

4. Conexin de alternadores a sistemas.....8

5. Ventajas de la conexin en paralelo.....10

Motores de corriente alterna

1. Motor sincrnico.11

2. Fundamentos de funcionamiento11

3. Curvas en V.........12

4. Regulacin y rendimiento...14

5. Correccin del factor de potencia usando motores sincrnicos..16

Arranque y control de velocidad de las maquinas de corriente alterna..17

Aplicaciones de los generadores y motores sincrnicos18

Especificaciones en placa23

Bibliografa.24

Anexos25

INTRODUCCIN

La mayor parte de la Industria Elctrica se basa en la utilizacin de la corriente alterna. Casi toda la energa se genera como corriente alterna, se transmite como corriente alterna y tambin reutiliza en la misma forma, a excepcin de ciertos sistemas de traccin, de ciertos sectores en ciudades que utilizan distribucin por corriente continua y de las instalaciones de afinado electroltico.

Adems, se basan en la utilizacin de la corriente alterna: la radio, la telefona a larga distancia y la televisin. Por lo tanto, si bien el estudio de la corriente continua es importante para entender los fundamentos de la electricidad, el estudio de la corriente alterna es necesario para la compresin de la moderna practica elctrica.

Existen en mucho mayor cantidad motores que generadores elctricos, debido a que un generador puede alimentar un nmero elevado de motores elctricos. Durante ciertas horas del da, todos los motores, lmparas y otras cargas elctricas de una gran ciudad pueden alimentarse mediante tres o cuatro generadores de gran potencia. Sin embargo, hay ocasiones en que un generador alimenta solo uno o muy pocos motores como en la propulsin elctrica de un barco.

Todos los generadores pueden funcionar como motores si se alimentan con la tensin adecuada, si bien deben efectuarse algunas pequeas modificaciones para asegurar mayor rendimiento. Tanto los motores como los generadores dependen para su funcionamiento de la accin de un campo magntico sobre un conductor por el que circula corriente.

DESARROLLO

Las maquinas de corriente alterna se clasifican en:

SINCRONICAS: son aquellas en las que la velocidad de giro del rotor es la misma que la velocidad de giro del campo magntico. Son poco utilizadas, emplendose solo en aplicaciones muy especificas.

ASINCRONICAS O DE INDUCCION: Son aquellas en las que la velocidad de giro del rotor es inferior a la de la rotacin del campo magntico. La amplia mayora de los motores empleados son asincrnicos trifsicos debido a su sencillez, rendimiento y robustez, adems pueden ser empleados en instalaciones monofsicas mediante la conexin de un condensador.

Fundamentos de funcionamiento de las maquinas de corriente alterna:

En maquinas de corriente alternas la frecuencia de una maquina sincrnica, en ciclos por segundo (Hertz) es: f = NP / 120 Hz

Donde N es la velocidad en r/min y P el numero de polos.

Los inversores estticos permiten obtener frecuencia altas y variables para impulsar motores a velocidades mayores que la limite de 3600 r/min en circuitos de 69 Hz, as como para variar las velocidades.

La raz media cuadrada (rms) o valor eficaz de una onda de corriente produce el mismo calentamiento en una resistencia dada, que una corriente continua del mismo valor en amperes.

El valor promedio de una onda sobre un ciclo completo es igual a cero. El factor de forma de una onda es la razn del valor eficaz al valor promedio.

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La reactancia inductiva, 2(fl u wl, se opone al paso de una corriente alterna e inductancia.

Los arrollamientos ca que se usan en las maquinas de induccin y sincrnicas polifsicas producen campos magnticos de amplitud constante, que giran a una velocidad uniforme alrededor de la circunferencia del entrehierro cuando los arrollamientos conducen corrientes polifsicas.

Se supone que la distribucin de flujo es sinusoidal para cualquier fase. Los arrollamientos prcticos consisten de un grupo de bobinas para cada fase, distribuidas sobre la superficie del estator y diseadas de tal forma que la distribucin de flujo es prcticamente sinusoidal.

En muchos casos el arrollamiento tiene mas de un grupo de bobinas por fase, es decir, mas de dos polos.

Estos arrollamientos pueden actuar como el primario de un transformador trifsico cuando se introduce un segundo conjunto de arrollamiento y se acopla inductivamente al primer conjunto. Una maquina de corriente alterna con el arrollamiento del rotor en circuito abierto es, sencillamente, un transformador en circuito abierto con un entrehierro en su circuito magntico.

En realidad, un punto de vista que suele adoptarse consiste en considerar una maquina ca como un transformador de grado de libertad adicional, que es la rotacin de uno de los arrollamientos. Como en el transformador, el flujo en el entrehierro que los arrollamientos del estator producen, se determina esencialmente mediante la magnitud del voltaje aplicado. El enunciado equivalente para un transformador es que el flujo del ncleo se determina esencialmente mediante el voltaje aplicado al primario, afirmacin que desprecia la cada por impedancia de dispersin en el primario, que generalmente es pequea.

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Anlogamente, el enunciado anterior para una maquina desprecia la cada por impedancia de dispersin en el estator.

Este tipo general de arrollamiento se usan en motores de induccin, motores sincrnicos y generadores sincrnicos. Los arrollamientos se colocan en ranuras en el estator del hierro y se dedican varias ranuras por polo a cada fase.

Alternador sincrnico

El alternador sincrnico funciona de la siguiente manera: los imanes se montan sobre un rotor y se excitan mediante corriente continua, y las bobinas de las armadura estn divididas en tres partes iguales y alimentadas con corriente alterna trifsica. La variacin de las tres ondas de corriente en la armadura provoca una reaccin magntica variable con los polos de los imanes en el campo, y hace que el campo a una velocidad constante, que se determina por la frecuencia de la corriente de lnea de potencia de corriente alterna.

1. Constitucin de un alternador: El alternador consta principalmente de 2 partes: el estator y el rotor. El estator es

la parte que es no se mueve del alternador y esta rodeando el rotor. Este ltimo es la

parte que se mueve gracias a una fuerza externa, como un motor en este caso. Otras partes que se deben tener en cuenta son el colector, que deben ser anillos de cobre unidos al rotor pero aislados de este. El portaescobillas y las escobillas que son los que estn en contacto con los anillos.

La salida, que deben ser dos alambres por donde se mide los parmetros del anterior

punto. Adems el alternador debe tener un soporte de 20 x 15 cm con unos huecos de

de pulgada a 1 cm de cada esquina. Pero por un problema con el montaje dos de ellos

deben esta a 1 cm de la esquina, y los otros dos deben estar a 4 (a los largo) y 1 cm (a lo

ancho), debido a que el motor del montaje est muy alejado y la polea no alcanza a

agarrar por lo que queda torcida.

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2. Capacidad nominal. Consideraciones:

La determinacin de las caractersticas de las maquinas elctricas se hace, en general, considerando la elevacin de su temperatura, que se debe a las perdidas de las mismas.Se fijan en general las caractersticas nominales de los alternadores en Kva. Si se establecen en kilovatios se supone que se refieren a un factor de potencia unidad, a menos que se especifique otra cosa. Al fijar la potencia til de una maquina, siempre es conveniente sealar para qu factor de potencia.

Las caractersticas de las mquinas motrices acopladas a los alternadores se determinan totalmente partiendo de la carga en kilovatios. La misma turbina podra emplearse para mover un alternador de 200 Kva funcionando con factor de potencia 0.5, que un alternador de 100 Kva funcionando con un factor de potencia unidad, aunque el primer alternador tendra una potencia nominal en kilovoltamperios doble que el segundo.

3. Operacin de un alternador actuando al vaci

En el ensayo al vaco de un alternador sincrnico se trabaja en el mnimo valor de excitacin.

IfIf1If2If3If4

VtVt1Vt2Vt3Vt4

IfIf1If2If3If4

Rf1 Rf2 Rf3 Rf4

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Vt RsVt St Vt = VtRs + VtSt + VtR

Vt Tr 3

Vt0 = Voltaje de salida sin excitacin.

4. Conexin de alternadores a sistemas:Los generadores pueden conectarse en estrella o en tringulo.

En la conexin en estrella encontramos dos sistemas de tensiones, las de fase y las de lnea o compuestas. Las tensiones de fase se encuentran entre lnea (R, S y T) y neutro del generador N. Las tensiones de lnea resultan de las diferencias vectoriales de las tensiones de fase, como se muestra en el diagrama vectorial:

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Si se proyecta una tensin de fase sobre la tensin de lnea, como se muestra en la figura obtenemos:

En la conexin en tringulo las tensiones de fase coinciden con las tensiones de lnea. En cambio, las corrientes de lnea se obtienen por diferencia vectorial de las corrientes de fase, aplicando la primera ley de Kirchhoff.

De modo similar a las tensiones en la conexin estrella, es fcil demostrar que:

5. Operacin de una alternador sincrnico en paralelo:

- Condiciones que se deben cumplir:

* VG1 = VG2 VR1S1 = VR2S2 VS1T1 = VS2T2 VT1R1 = VT2R2

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* ANGULO DE FASE G1 = ANGULO DE FASE G2

VG1 1 = VG2 2 1 =2

El ngulo de fase debe ser el mismo, esto lo define la secuencia.

* SECUECNIA DE G1 = SECUENCIA DE G2

VR1S1 VS1T1 VT1R1 VR2S2 VS2T2 VT2R2

G1 G2

* FRECUENCIA G1 = FRECUENCIA G2

Una diferencia de velocidad altera la frecuencia y la salida del voltaje

6. Ventajas de la conexin en paralelo:

Las mismas razones que obligan a acoplar en paralelo las dnamos pueden aplicarse a los alternadores. Como no existen las dificultades de la conmutacin, los alternadores constituyen unidades de mucha mayor capacidad de la que es posible obtener con las dinamos. En el momento actual, la mayor unidad de corriente alterna es de 200.000 Kva.

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Cuando se conecta un alternador en paralelo y el circuito exterior esta cortocircuitado, casi toda la corriente producida pasa por el circuito del inducido y la excitacin es mnima, la tensin disminuye rpidamente y la carga se anula.

Por lo tanto, un cortocircuito en la lnea no compromete la maquina, que se desexcita automticamente, dejando de producir corriente. Esta es una ventaja sobre la conexin en serie, en donde un cortocircuito en lnea puede producir graves averas en la maquina al no existir este efecto de desexcitacin automtica.

Las conexiones en paralelo se recomiendan cuando no existan cambios frecuentes y considerables de carga o bien cuando existan elementos compensadores, tales como generadores auxiliares, bateras de acumuladores, entre otros.

Si existen acumuladores como reserva o para servicios auxiliares tambin se recomienda conexin en paralelo, ya que la maquina no corre peligro de que se invierta la polaridad del circuito de excitacin; en efecto, cuando el generador carga la batera la corriente tiene el sentido de la flecha de la lnea continua, y atraviesa la batera desde el polo positivo al polo negativo.

Motores de corriente alterna

1. Motor sincrnico

Un alternador puede funcionar como motor sin realizar ningn cambio en su disposicin constructiva. Cuando as sucede se dice que la maquina es un motor sincrnico.

2. Fundamentos de funcionamiento:

La figura n 1 representa un conductor a por el que circula una corriente hacia el observador y esta colocado frente a un polo N. Por la conocida Ley de las acciones electromagnticas, se desarrolla un par que tiende a arrastrar al conductor de la

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izquierda a derecha. Si la corriente es alterna, su sentido se invertir en la segunda mitad del periodo y el par actuara entonces de derecha a izquierda.

Por lo tanto, el par resultante para cualquier nmero de periodos completos es nulo, y no puede dar origen a un movimiento continuado.

As ocurre en los motores sincrnicos en reposo; la corriente en los conductores del inducido es alterna y los polos tienen una polaridad fija por estar excitados con corriente continua y, por lo tanto, el motor sincrnico como a tal no desarrolla par alguno.

Sin embargo, si el conductor a puede llevarse de alguna manera hasta colocarlo delante del polo siguiente, que es un polo S, durante el semiperiodo en que la corriente ha cambiado de sentido, el par que se produzca actuara tambin de izquierda a derecha y el conductor tendera a moverse de una manera continua. Por lo tanto, en un motor sincrnico, los conductores deben pasar de un polo al siguiente durante cada semiperiodo para que el motor gire de una manera continua.

3. Curvas en V:Una variacin de la corriente inductora, a carga constante, hace variar la corriente en la lnea y en el inducido.

Para determinar la relacin entre la corriente en el inductor y en el inducido y tambin las caractersticas del motor sincrnico con vistas a su capacidad de correccin del factor de potencia del sistema, se obtienen las llamadas Curvas en V del motor.

Las curvas mencionadas dan la relacin que existe entre la corriente en el inducido y la de excitacin para distintos valores constantes de la potencia absorbida. Se suelen obtener varias curvas que corresponden cada una a un valor de dicha potencia.

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Las conexiones necesarias para el correspondiente ensayo son las que se presentan en la siguiente figura n 2.

La corriente inductora se hace variar por medio de un restato de campo. Para cada valor de esta corriente, tomado con el ampermetro de corriente continua, se anota el valor de la corriente alterna en la lnea. La potencia de alimentacin del motor se mantiene constante regulando la carga aplicada al eje del motor. Es til disponer un vatmetro polifsico, porque elimina las sumas y las restas de lecturas individuales de los instrumentos que se requieren dos vatmetros monofsicos.

La figura n 3 representa una familia de estas curvas en V correspondientes a un motor sincrnico de 150 CV, 550 voltios y 60 periodos. La curva AB corresponde a un cuarto de la carga nominal, la CD a la mitad y la EF a la total. El valor de la potencia P1 para la curva AB es 30.5 Kw, para la CD es P2 = 61 Kw y para la EF es P3 = 122 Kw. Para valores reducidos de la corriente inductora, en la curva AB, por ejemplo, la corriente en el inducido es intensa y retrasada de fase. Cuando aumenta la corriente excicatriz, el factor de potencia aumenta, y la corriente en el inducido decrece hasta llegara su valor mnimo I1. Si la corriente excicatriz aumenta aun ms, la del inducido empieza a aumentar y pasa a adelantarse en fase. En otras palabras, el motor pasa de estar subexcitado a estar sobreexcitado cuando la corriente excicatriz pasa de un valor bajo a un valor elevado.

La intensidad I1 corresponde a la corriente cuando el factor de potencia es la unidad, como puede verse por medio de la figura n 4. Sea I2 el valor de la intensidad para cierto valor del factor de potencia. La potencia (para una fase) es:

P1 = V( * I2 * Cos (2 en donde V( es la tensin de fase; pero: I2 * Cos (2 = I1 para todos los valores de (2.

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4. Regulacin y rendimiento:

La figura n 5 representa una fase de una lnea de transporte, que puede ser tanto monofsica como polifsica. Se suministra una tensin constante Vs al extremo de salida de la lnea por medio de un generador o desde una central productora de energa. En el extremo receptor d el alinea hay un motor sincrnico en cuyos terminales la tensin es Vm. Entre Vs y Vm existen resistencias y reactancias en serie, que pueden ser debidas a las lnea de transporte o deberse a la existencia de una bobina de impedancia con resistencia R y reactancia X, montada en serie entre la salida de lnea y los terminales del motor.

Supongamos primero que el motor sincrnico esta subexcitado y que, por lo tanto, absorbe corriente con retardo de fase. Sobre el vector I (Fig. n 6-a) se toma la cada de tensin IR, en fase con el; normal a I y en avance se toma la cada IX. La suma vectorial de IR e IX es igual a la cada por impedancia IZ, que, para obtenerla, se invierte IZ y se suma a Vs, obtenindose Vm. Debe observarse que Vm es considerablemente menor que Vs.

Si el motor esta sobreexcitado, I estar en avance de fase respecto a Vm. Restado IZ de Vs (Fig. n 6-b), la tensin en el motor Vm pasa a ser de magnitud mayor que Vs.

Estos procesos proporcionan un sistema para regular la tensin en el extremo receptor de una lnea de transporte; si esta tensin tiene tendencia a variar, ya sea por una variacin de la tensin de salida, ya por las cadas de tensin en la lnea, puede mantenerse prcticamente constante con solo variar la excitacin del motor sincrnico o de un condensador sincrnico, instalado en dicho extremo de la lnea. En la prctica, los condensadores sincrnicos suelen reservarse para funciones reguladoras nicamente. En la extremidad de Los ngeles, de la lnea de 240 millas (386 Km.) de Big Creek, estn instalados varios condensadores sincrnicos de 15000 y de 30000 Kva, cuya sola misin consiste en mantener en Los ngeles una tensin adecuada. Si se desconectara

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la carga y no se emplearan los citados reguladores, la tensin alcanzara valores excesivamente superiores a los que tiene en la estacin generadora, a 240 millas de distancia, debido al paso de la corriente de carga de la lnea a travs de las reactancias de la misma.

Incluso sin la regulacin garantizada por la variacin de la excitacin, los motores sincrnicos tienden a mantener constante la tensin en los extremos de las lneas de transporte que tengan reactancia. Si la tensin en los terminales del motor baja, su f.e.m. inducida tiende a rebasar el valor de la tensin y el motor debe absorber una corriente en avance de fase para seguir marchando, la que al circular por la reactancia de la lnea, tiende a mantener la tensin en el motor, porque toda corriente al circular por una reactancia tiende a elevar la tensin desde el extremo de partida al de distribucin. Por otro lado una elevacin de tensin en los terminales del motor tiende hacerlo trabajar subexcitado, y entonces absorbe una corriente retardada que aumenta la cada de tensin desde el generador hasta la carga y tiende a producir en sta un descenso de la tensin.

La accin de los motores sincrnicos como reguladores de tensin puede comprobarse por medio de una experiencia de laboratorio, utilizando el esquema de conexiones indicado en la Fig. n 7. Un motor sincrnico trifsico que funcione en vaco o parcialmente cargado, ser alimenta a tensin constante a travs de tres reactancias, una por cada conductor activo.

Una carga constituida por resistencias, un motor de induccin, o una combinacin de ambos, se conecta en paralelo con el motor sincrnico. Si se vara la carga manteniendo constante la tensin Vm en terminales por variacin de la corriente excicatriz, se observa que se ha de aumentar sensiblemente dicha corriente cuando aumenta la carga. La figura n8 representa el aspecto general de la curva queda la relacin entre la corriente excicatriz y la carga.

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Es tambin interesante conservar la carga constante obteniendo al mismo tiempo una curva en V y encontrar la relacin entre Vm y la corriente excicatriz del motor sincrnico. Los resultados de este ensayo se representan en la figura n 9. Vm es considerablemente menor que Vs para valores bajos de la corriente de excitacin; pero, poco despus de alcanzar un valor del factor de potencia igual a la unidad, Vm pasa a ser mayor que Vs. 5. Correccin del factor de potencia usando motores sincrnicos:Los motores sincrnicos pueden utilizarse para corregir el factor de potencia de los sistemas y, al mismo tiempo, para desarrollar un trabajo mecnico.

Supongamos, en la Fig. n 10, que un receptor trifsico absorbe IL amperios a la tensin Vn y que su factor de potencia es cos (1. Se desea elevar este factor hasta la unidad por medio de un motor sincrnico, al propio tiempo que el motor desarrolla una potencia mecnica que requiera absorber (3 VI(1 vatios de la lnea.

El sistema se supone conectado en estrella y Vn es la tensin entre fase y neutro. El diagrama vectorial se representa en la Fig. n 10. La corriente de los receptores IL, retrasada (1 con relacin a Vn, se descompone en I1, corriente activa, e I2, corriente reactiva, que estn en cuadratura.

El motor sincrnico debe absorber primero una corriente en cuadratura y adelantada I(2 para contrarrestar la corriente I2 retardada, siendo

I(2 = I2 = IL Sen (1.

Adems debe absorber una corriente activa I(1 para compensar sus perdidas y la potencia absorbida por la carga. La corriente total requerida por el motor sincrnico ser, pues: Is = ( (I(1)2 + (I(2)2

Y su factor de potencia valdr:

Cos (s = I(1: I(s

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Arranque y control de velocidad de las maquinas de corriente alterna:

Para cambiar la velocidad de un motor de induccin, puede cambiarse el deslizamiento o la velocidad sincrnica. Para cambiar la velocidad de un motor sincrnico, la nica opcin es cambiar la velocidad sincrnica, lo que significa cambiar el nmero de polos o la frecuencia de la lnea. Existen cuatro mtodos de control de velocidad los cuales son:

A. Control de voltaje de lnea: el par que desarrolla un motor de induccin depende del cuadrado del voltaje aplicado a los terminales de su estator. Esta dependencia se ilustra por medio de las dos caractersticas par-velocidad en la figura n 11. si la carga tiene las caractersticas par-velocidad que muestra la curva a trazos, la velocidad se reduce de n1 a n2 cuando se reduce el voltaje. Este mtodo de control de velocidad se usa generalmente con motores de jaula de ardilla pequeos que impulsan ventiladores.

B. Control de la resistencia del rotor: la figura n 12 presenta las caractersticas par-velocidad para tres valores diferentes de la resistencia del rotor. Si la carga tiene las caractersticas par-velocidad que la lnea a trazos indica, las velocidades correspondientes a cada uno de los valores de la resistencia del rotor son n1, n2 y n3.

Las desventajas principales del control del voltaje de lnea y de la resistencia del rotor son rendimiento bajo a velocidades reducidas y regulacin de velocidad deficiente con respecto a los cambios en la carga.

C. Cambio de polos del motor: el arrollamiento del estator puede disearse de tal forma que, por medio de cambios sencillos en las conexiones de las bobinas, el nmero de polos puede cambiarse en la razn de 2:1. Por lo tanto, pueden seleccionarse dos velocidades sincrnicas. Cuando se aplica este mtodo, es casi siempre a un motor de jaula de ardilla debido a que existen complicaciones estructurales costosas al cambiar el nmero de polos del rotor de un motor de rotor devanado o de un motor sincrnico. Con

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dos conjuntos independientes de arrollamiento del estator, cada uno dispuestos para el cambio de polos, pueden obtenerse cuatro velocidades sincrnicas en un motor de jaula de ardilla; (Por ejemplo: 600, 900, 1200 y 1800 r.p.m.). La desventaja, naturalmente, consiste en que se producen velocidades ms o menos discretas en lugar de un rango de velocidades.

D. Control de la frecuencia de la lnea: la velocidad sincrnica de un motor de induccin o de un motor sincrnico puede controlarse mediante la variacin de la frecuencia de la lnea. Para mantener aproximadamente constante la densidad de flujo en el motor, el voltaje de lnea debe variar directamente con la frecuencia. Por consiguiente, el comportamiento del motor es anlogo al del motor corriente continua en el sistema Ward Leonard.

El mayor problema consiste en obtener una fuente de frecuencia variable. El mtodo convencional consiste en usar un generador sincrnico o una maquina de induccin de rotor devanado como modificador de frecuencia; cualquiera de los dos requiere de su propio accionamiento de velocidad variable. Sin embargo, los adelantos recientes en los rectificadores controlados de silicio presentan mejores soluciones.

Aplicaciones de los generadores y motores sincrnicos:

Las dinamos pueden funcionar satisfactoriamente como motores. Adems no existe prcticamente diferencia entre la construccin de los generadores y los motores de corriente continua, y no hay variacin esencial en sus caractersticas cuando marchan como motor o como generador.

A. Aplicaciones industriales de los motores sincrnicos: raras veces se emplean en la prctica los motores sincrnicos monofsicos. Los motores monofsicos sincrnicos de fraccin de caballo se utilizan mucho para mover aparatos estroboscopicos y cronomtricos a la velocidad de sincronismo. El rotor no tiene inductor excitado con

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corriente continua, sino que lleva el devanado en jaula de ardilla para el arranque. El motor arranca en fase partida y se pone en sincronismo por la accin de la histresis.

Sin embargo, en las aplicaciones industriales, casi siempre se emplea el motor sincrnico polifsico. Los inconvenientes que presenta el motor sincrnico son que requieren excitacin con corriente continua; que, a menos de disponer de un devanado especial de arranque, su par de arranque es pequeo; que es sensible a las perturbaciones del sistema y que puede quedar fuera de servicio cuando se produce. Por otro lado, tiene la ventaja patente de que permite regular fcilmente el factor de potencia, lo que se sobrepone a menudo a los inconvenientes. El que su velocidad sea constante es de poca importancia puesto que la regulacin de los motores de induccin especialmente los de tipos grandes, es solo del 1 al 2%. A las velocidades ms bajas y a las ms altas frecuencias, el motor sincrnico es mas barato que el de induccin, porque es difcil que, en estas condiciones, funcione este ultimo con un buen factor de potencia.

A pesar de las ventajas de los motores sincrnicos, los ingenieros dudaron algn tiempo antes de usarlos, debido a su tendencia de producir oscilaciones pendulares y porque las perturbaciones del sistema los hacen salir fcilmente del sincronismo, a dems de que son sensibles a las variaciones sbitas de carga. Sin embargo, como es posible obtener una frecuencia constante y la construccin sea perfeccionado, especialmente disponiendo amortiguadores, la oscilacin pendular, en condiciones normales, no se presenta hoy prcticamente. Debido a las interconexiones entre los sistemas de transporte y la existencia de procedimientos ms perfectos para descubrir y reparar averas rpidamente, las perturbaciones en los sistemas y las interrupciones del servicio son hoy relativamente raras. Con las mejoras obtenidas y el amortiguamiento las variaciones sbitas de la carga no influyen sobre la marcha constante del motor.

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Estas mejoras en el funcionamiento de los motores sincrnicos, unidas a un mayor conocimiento de los efectos perjudiciales de la potencia reactiva retardada sobre la economa de la explotacin, han sido la causa de que se utilicen mucho ms de los motores sincrnicos. Entre sus numerosas aplicaciones estn las de accionamiento de dinamos, compresores de amoniaco y de aire, bombas de agua, molinos de caucho, maquinas textiles, molinos de papel, de cemento y de bolas en las industrias mineras y la propulsin de buques.

B. Propulsin elctrica de buques: se pueden emplear los motores de induccin o los sincrnicos, pero estos ltimos ofrecen evidentes ventajas. A plena carga, o cerca de ella, son ms ligeros y eficaces, y el peso tiene gran importancia en la construccin naval. El entrehierro de los motores sincrnicos es considerablemente mayor que el de los motores de induccin y las dificultades mecnicas que presentan los entrehierros reducidos, como la necesidad de una perfecta alineacin, por ejemplo, no existen cuando se utilizan motores sincrnicos. Debido a que los polos de los motores sincrnicos son salientes, se puede rebobinar el estator sin necesidad de sacar el rotor. Los devanados inductores de los polos salientes estn menos sujetos a averas que las conexiones por el extremo de los conductores empotrados del rotor de los motores de induccin.

Los motores sincrnicos estn dotados de un devanado en jaula de ardilla pesada, que tiene mucha influencia en su funcionamiento durante el arranque y la maniobra; este devanado est previsto para un gran par. (Cuando el devanado de jaula de ardilla interviene en mayor proporcin que el de los motores sincrnicos normales, suele decirse que el motor es sincrnico de induccin). En la figura n 13 se representa un esquema de conexiones simplificado. Con el fin de poder regular eficazmente el campo del generador de propulsin, especialmente en el arranque y durante las maniobras, la excicatriz es de tensin variable y est, a su vez, alimentada por otra excicatriz de tensin constante, que es una dnamo compound. En el arranque, el generador marcha

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con velocidad del 15 al 20% de la normal, y los interruptores 1, 2, 3, 6, 9 y 10 estn cerrados. El circuito inductor del motor permanece abierto, de modo que ste funciona como de induccin. Durante el arranque, estando cerrado el interruptor 10, la resistencia en serie con la excicatriz de tensin variable est en corto circuito, de manera que el generador se sobreexcita, lo que da origen a que los pares de arranque y critico del motor sean muy grandes. Cuando el motor se aproxima mucho al sincronismo, los interruptores 7 y 8 de su circuito inductor se cierran tambin y el rotor se sincroniza con el campo giratorio. Se abre entonces el interruptor 10, reduciendo el campo de la excicatriz y dejando en el generador la excitacin normal. Mientras arranca, cuando el motor se aproxima al sincronismo, el ampermetro del circuito inductor oscila; y cuando las oscilaciones son del orden de dos por segundo, el motor puede sincronizarse.

El interruptor 6, que est cerrado en el arranque hacia delante o hacia atrs, elimina parte de las resistencias conectadas a los terminales del rotor y aumenta as el par de motor de induccin. El interruptor est abierto en marcha normal.

Para invertir la marcha, el procedimiento es prcticamente el mismo que para el arranque. Los interruptores 2 y 3 se abren y los 4 y 5 se cierran, con lo que se invierten dos conductores de fase. Al dar marcha atrs, se cierra el interruptor 11, eliminando parte de la resistencia del inductor de la excicatriz de tensin variable y reforzando as el campo del generador, con lo que se aumenta el par motor en marcha atrs.

Todas las operaciones precedentes se llevan a cabo automticamente y en el orden conveniente por medio de la palanca de mando. Tambin, antes de que se abran los interruptores principales 1, 2, 3, 4 y 5, lo hace el circuito inductor del generador, reduciendo as su importancia y haciendo posible el empleo de interruptores de aire. Los puntos del cuadro de la figura n 13 indican los interruptores que han de estar cerrados en cada maniobra.

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C. Convertidores de frecuencia: es necesario algunas veces suministrar energa elctrica desde un sistema a otro de distinta frecuencia que el primero. Para ello suele emplearse un grupo motor sincrnico alternador. Ambas maquinas deben ser de distinto numero de polos, siendo estos nmeros proporcionales a las frecuencias respectivas de los dos sistemas. Por ejemplo, si la frecuencia a de pasar de 60 a 25 periodos, el numero de polos del motor sincrnico y el del alternador deben estar en la relacin de 60:25 = 12: 5. la velocidad mas alta que permite obtener esta relacin de frecuencias requerir un grupo en el que el motor tenga 24 polos y 10 en el alternador, y que gire solamente a 300 r.p.m. Salvo para grandes potencias, las maquinas elctricas que funcionan con velocidades tan reducidas resultan caras. Un grupo de 2 maquinas de 10 polos y 4 polos que da una relacin de frecuencia 60:24 o bien 62.5:25 perodos funciona a 750 r.p.m., por lo que, debido a su mayor velocidad, suele utilizarse aun cuando no de exactamente la relacin 60:25 perodos.

Es, a menudo, difcil sincronizar estos grupos, por lo que debe procederse a hacerlo con los dos sistemas. Si las tensiones del alternador estn defasadas con las correspondientes de la lnea, puede hacerse que el motor sincrnico deslice un polo en un momento dado hasta que se consiga que dichas tensiones estn en fase. La carga se decala, ya sea avanzando la fase del sistema alimentador, abriendo el regulador de la turbina, o retardando de alguna manera la fase de la tensin en el sistema receptor. Cuando dos o mas de dichos convertidores marchan en paralelo no es posible decalar la carga por ningn sistema ordinario, lo que hace conveniente que uno o mas alternadores estn construidos de modo que se pueda regular la posicin angular del estator.

D. Empleo de los motores sincrnicos para medidas de tiempo: por ser de velocidad constante, los motores sincrnicos se emplean mucho para mover mecanismos que deben mantenerse en absoluto sincronismo con la frecuencia de la lnea de alimentacin, como, por ejemplo, los relojes elctricos aparatos indicadores cronomtricos, medidores de deslizamiento en motores de induccin, espejos de los oscilgrafos, aparatos estroboscpicos y rectificadores mecnicos.

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Como la potencia demandada por estos motores es extremadamente pequea y el valor del factor de potencia no tiene importancia en este caso, se suelen construir de modo que funcionen sin excitacin por corriente continua. En la figura n 14 (a), (b) y (c) se representan tres ejemplos de estos motores.

El motor representado en (a) fue inventado por H. E. Warren, de la Warren Telechron Company y se usa profusamente para relojes elctricos, interruptores de tiempo y otros aparatos en que interviene el tiempo.

El motor representado en (b) est constituido por un estator bipolar y un rotor de hierro con gran numero de polos salientes, 16 en la figura.

El motor representado por (c), fue inventado por F. C. Holtz de la Sangamo Electric Company, es un ejemplo de motor de reaccin-induccin subsincrnico de arranque automtico. El motor, en realidad, es una combinacin de motor bipolar monofsico de induccin y del sincrnico con polos inductores blindados y rotor en jaula de ardilla.

Especificaciones en placa:

Indican lo siguiente: Fabrica, nombre del motor, tipo de motor, carga, tensin frecuencia y velocidad.

Ejemplo:

DIDACTA ITALIA TORINO

Motor asincrnico de Anillos

y Rotor bobinado

TIPO TPSFI 11/4

CARGA: 4 HP

T ENSION: 220 V

FREQ: 60 Hz

VEL: 1730 vueltas

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BIBLIOGRAFIA

DAWES, Chester. TRATADO DE ELECTRICIDAD. Segundo Tomo. Ediciones Gili, Mxico D.F. (1979).

FITZGERALD, A; HIGGINBOTHAM, D Y GRAVEL, A. FUNDAMENTOS DE INGENIERIA ELECTRICA. Cuarta Edicin. Mc Graw Hill, Mexico (1988).

BAUMEISTER. Theodore y AVALLONE, Eugene. MANUAL DEL INGENIERO MECANICO. SegundoTomo. Novena Edicin. Mc Graw Hill, Mxico.

Fig. 1 par desarrollado por el motor

Sincrnico

Fig. 2 Esquema de conexiones para determinar las curvas en V de un motor sincrnico

Fig. 3 curvas en V de motores sincrnicos

Fig. 7 Motor Sincrnico, empleado para regular la tensin en sus terminales

Fig N 11 Control de velocidad del motor de induccin por medio

de la resistencia del rotor

n2 n1Fig N 12 Control de velocidad de un motor de induccin por medio del voltaje de lnea

Fig. 13 Conexiones para la propulsin elctrica de un buque

Fig. 14 Motores sincrnicos pequeos para aparatos cronomtricos

EMBED MSPhotoEd.3

Fig. 4 Diagrama vectorial que muestra la variacin de la corriente en los motores sincrnicos con potencia absorbida constante

EMBED MSPhotoEd.3

Fig. 5 Motor Sincrnico alimentado a travs de una resistencia y una reactancia en serie

Fig. 6 Efecto de la impedancia de las lneas de transporte sobre la tensin en un motor sincrnico.

Fig. 8 Relacin entre la corriente excitatriz y la carga del motor, para tensin constante en terminales del motor

Fig. 9 efecto de la corriente excitatriz sobre la tensin en el motor para carga constante

EMBED MSPhotoEd.3

Fig. 10 Diagrama vectorial de un motor sincrnico destinado a elevar hasta 1 el factor de potencia del sistema

EMBED MSPhotoEd.3

PAR

G

V

V

V

ESTATOR S

Y/

G1

G2

VG1 VG2 = 0 ESTO ES LO MAS RECOMENDABLE.

VG1 > VG2

VG1 < VG2

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_1113042417.bin

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