97042591 Documento Completo Maquinas Sincronas

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  • I

    INSTITUTO TECNOLOGICO DE CANCUN

    Carrera: ING. MECATRONICA

    Materia: MAQUINAS ELECTRICAS

    Catedrtico: CESAR MORALES RAMIREZ

    Tema: MAQUINAS SINCRONAS

    Integrantes:

    BALDERAS PECH ANTONIO

    DELGADO AGUILAR ARTURO

    JIMENEZ GOMEZ JULIO CESAR

    JIMENEZ HERNANDEZ ZINDHEL OMAR

    MORALES CARDONA JUSTO MIGUEL

    PEREZ MONROY LUIS ANGEL

    Fecha: 08/06/12

  • 2

    Introduccin

    Los generadores sncronos o tambin conocidos como alternadores, son mquinas

    utilizadas para transformar la energa mecnica en energa elctrica de corriente

    alterna. Estos tienen dos trminos muy utilizados para describir los devanados. Se les

    debe suministrar una corriente directa al circuito del capo del rotor. Puesto que el rotor

    est girando. En esencia, el rotor de un generador sncrono es un gran electroimn. Los

    estatores de los generadores sncronos se construyen normalmente con devanados

    perforados en doble capa. Se les llama sncronos por la frecuencia elctrica producida

    est entrelazada o sincronizada con la tasa mecnica de rotacin del generador. Un

    rotor de generador sincrnico consta de un electroimn al cual se suministra corriente

    directa. El campo del rotor apunta en cualquier direccin segn el rotor.

    Los voltajes en un generador sincrnico son alternos, y usualmente se expresan como

    fasores los cuales tienen una magnitud y ngulo, la relacin entre ellos debe ser

    expresada por un dibujo bidimensional.

    Los generadores sncronos son una maquina sincronizada utilizada como generador

    para convertir la potencia mecnica en potencia elctrica trifsica. La fuente mecnica

    puede ser un motor de combustin interna, pero debe cumplir la propiedad bsica de

    que la velocidad sea constante independientemente de la demanda de potencia, de no

    ser as la frecuencia resultante del sistema de potencia podra tener fallas.

    La diferencia entre la potencia de entrada y la potencia de salida, representa las

    prdidas de la maquina

    Los motores sncronos son mquinas de dos polos que transforman la fuerza elctrica

    en fuerza mecnica. La corriente es inducida en el estator por un conjunto trifsico de

    voltajes.

    Los motores Sncronos son exactamente iguales a los generadores en todo, incluso en

    las ecuaciones bsicas de velocidad, potencia y par. Su nica diferencia entre ellos es

    que el motor gira de manera inversa al giro del generador

  • 3

    ndice

    Introduccin i

    Objetivo general y especfico 4

    Justificacin 5

    Planteamiento del problema 7

    Alcances y limitaciones. 9

    Marco Terico 11

    1.1 Antecedentes 11

    1.2 Generador sncrono 13

    1.3 Construccin de una maquina sncrona 15

    1.4 Devanados de la armadura 17

    1.5 Factor de paso 19

    1.6 Factor de distribucin 20

    1.7 Conexiones de los devanados 21

    1.8 El circuito equivalente 22

    1.9 Relacin de potencia 24

    1.10 Pruebas de generadores sncronos 26

    1.11 Motor sncrono construccin y operacin. 28

    1.12 Circuito equivalente de un motor sncrono 33

    1.13 Regulacin y puesta en marcha de la maquina sncrona 37

  • 4

    OBJETIVOS GENERALES

    Recolectar informacin acadmica, tcnica y confiable para conocer el

    funcionamiento, sus caractersticas, componentes as como sus aplicaciones de las

    maquinas sncronas.

    OBJETIVOS ESPECIFICOS

    Conocer el funcionamiento y su aplicacin de un motor sncrono mediante la

    recoleccin de informacin acadmica.

    Analizar su funcionamiento mediante los ejemplos recabados en la investigacin.

    Conocer el funcionamiento y aplicacin de un generador sncrono mediante la

    recoleccin de informacin acadmica.

    Analizar el funcionamiento bsico de un generador mediante los ejemplos

    recabados en la investigacin.

  • 5

    Justificacin

    Los motores elctricos son mquinas elctricas rotatorias muy necesarias dentro de

    mbito rural y urbano y son sinnimo del desarrollo humano desde que fue puesto en

    marcha por el ingeniero Tesla en 1887, siendo ya el ao 2012 no imaginamos un

    mundo corriente elctrica abasteciendo a nuestros hogares y a las empresas,

    simplemente el mundo avanzado como lo conocemos se detendra, los avances serian

    bstate lentos, la tasa de mortalidad se disparara ya que la produccin en masa de

    vacunas, medicinas y antdotos sera bastante lenta y costosa, el humano seguramente

    se las ingeniara y usara otros mtodos como las mquinas de combustin interna pero

    no cubrira todas las necesidades y generara algunos malestares que son mucho

    menores en las maquinas sncronas ya que las mquinas de combustin interna son

    bastante ruidosas y contaminan en demasa, si bien las maquinas sncronas son

    combinadas actualmente con las de combustin interna en generadores a Diesel no son

    las principales generadoras, ahora veremos que los motores transforman la energa

    elctrica en energa mecnica. Debido a sus mltiples ventajas, entre las que cabe citar

    su economa, limpieza, comodidad y seguridad de funcionamiento, el motor elctrico ha

    remplazado en gran parte a otras fuentes de energa, tanto en la industria como en el

    transporte, las minas, el comercio, o el hogar.

    El uso de los motores elctricos se ha generalizado a todos los campos de la actividad

    humana desde que sustituyeran en la mayora de sus aplicaciones a las mquinas de

    vapor. Existen motores elctricos de las ms variadas dimensiones, desde los motores

    de induccin, motores sincrnicos y motores de colector. Tanto unos como otros

    disponen de todos los elementos comunes a las mquinas rotativas electromagnticas.

    En este trabajo se encuentran las principales definiciones, caractersticas, usos y

    ventajas de los motores sincrnicos. Las maquinas sncronas satisfacen una amplia

    gama de necesidades de servicio, siendo usadas principalmente en lugares en donde

    se requiere una gran cantidad de potencia a gran escala.

    El generador sncrono es un tipo de mquina elctrica rotativa capaz de transformar

    energa mecnica (en forma de rotacin) en energa elctrica. El generador sncrono

    est compuesto principalmente de una parte mvil o rotor y de una parte fija o estator,

  • 6

    ya que el motor sncrono es igual fsicamente al generador, las ecuaciones bsicas de

    velocidad, potencia y par son las mismas. La nica diferencia es que el sentido de flujo

    de potencia (y por lo tanto el sentido de la corriente de carga) es opuesto para el motor.

    Siendo las maquinas sncronos son grandes instrumentos literalmente tanto de

    generacin elctrica como de trabajo con alta eficiencia y practicidad, se dedica este

    trabajo a ahondar sobre ellos, su funcionamiento, modelacin matemtica, desempeo,

    y los materiales usados para su construccin.

    El propsito de esta investigacin es la de entender los principios de funcionamiento de

    las mquinas de sncronas, realizar clculos como el voltaje de excitacin por fase y el

    generado por fase, la potencia desarrollada debido a la excitacin a la estructura de

    polos salientes, potencia total, perdida por rotacin, potencia alimentada, su eficiencia,

    el par, saber el efecto de la excitacin, corriente, correccin de potencia, regulacin de

    voltaje etc... tanto en motores sncronos como en generadores sncronos con el fin de

    contribuir a la formacin del grupo de ingeniera en Mecatrnica del tecnolgico de

    Cancn ya que la Mecatrnica abarca reas de competencia como la mecnica,

    electrnica control e informtica viniendo implcita materias como maquinas elctricas.

  • 7

    Planteamiento del problema

    Esta investigacin se enfocara en saber cul es el principio y el anlisis tanto de los

    motores como de los generadores sncronos, desde cuales fueron los antecedentes de

    los generadores sncronos como tambin de los motores, al igual que tambin como

    han ido cambiando con la historia y cul es su funcionamiento y piezas principales

    actualmente. Algo de lo que tambin podremos ver en esta investigacin es la

    regulacin y la puesta en marcha de lo que es en general una maquina elctrica, se

    vern tanto frmulas como los diagramas de los circuitos de cada uno.

    En la actualidad la mquina sncrona est compuesta bsicamente de una parte activa

    fija que se conoce como inducido o ESTATOR y de una parte giratoria coaxial que se

    conoce como inductor o ROTOR. El espacio comprendido entre el rotor y el estator, es

    conocido como entrehierro. Esta mquina tiene la particularidad de poder operar como

    motor y como generador.

    Su operacin como alternador se realiza cuando se aplica un voltaje de corriente

    continua en el campo de excitacin del rotor y a su vez ste es movido o desplazado

    por una fuente externa, que da lugar a tener un campo magntico giratorio que

    atraviesa o