Documento Completo Maquinas Sincronas

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INSTITUTO TECNOLOGICO DE CANCUNCarrera: 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

IntroduccinLos 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

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ndiceIntroduccin Objetivo general y especfico Justificacin Planteamiento del problema Alcances y limitaciones. Marco Terico 1.1 Antecedentes 1.2 Generador sncrono 1.3 Construccin de una maquina sncrona 1.4 Devanados de la armadura 1.5 Factor de paso 1.6 Factor de distribucin 1.7 Conexiones de los devanados 1.8 El circuito equivalente 1.9 Relacin de potencia 1.10 Pruebas de generadores sncronos 1.11 Motor sncrono construccin y operacin. 1.12 Circuito equivalente de un motor sncrono 1.13 Regulacin y puesta en marcha de la maquina sncrona i 4 5 7 9 11 11 13 15 17 19 20 21 22 24 26 28 33 37

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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.

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JustificacinLos 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,5

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.

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Planteamiento del problemaEsta 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 corta los conductores del estator, inducindose con esto un voltaje entre terminales del generador.

Su operacin como motor sncrono se realiza cuando el estator es alimentado con un voltaje trifsico de corriente alterna y consecutivamente el rotor es alimentado con un voltaje de corriente continua. Algunos de los inconvenientes que presentan las maquinas sncronas son los siguientes: Como motor, si queremos una n variable, la frecuencia ha de ser variable. Esto antes era muy muy complicado, ahora hay variadores de frecuencia electrnicos, pero sigue siendo costoso.

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Las mquinas sncronas no pueden arrancar por s mismas y luego han de llevarse a la velocidad de sincronismo. Por eso hace falta una instalacin adicional complicada y una maniobra compleja.

Las variaciones bruscas de carga pueden hacer perder el sincronismo entre n y f, haciendo que n disminuya hasta pararse.

Estos 3 motivos anteriores hacen que sea poco adecuado como motor conectado directamente a la red. No obstante, en los ltimos aos y gracias al descubrimiento de nuevos materiales, se estn construyendo motores sncronos sin devanado en la excitacin, es decir, con imanes permanentes en el rotor. Sus ventajas son:

a. Ausencia de anillos rozantes y escobillas (piezas mviles). Se reducen problemas de revisin y mantenimiento. b. Al no haber devanado en el rotor se eliminarn las prdidas por efecto Joule en el rotor, aumentando el rendimiento y reduciendo los problemas de refrigeracin.

Y los inconvenientes son: a. Desmagnetizacin por las altas intensidades y/o tempera