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MÁQUINAS ELÉCTRICAS SÍNCRONAS
Jorge Patricio Muñoz V.MSc - MBA
Principio de funcionamiento
Unidades de las magnitudes electromagnéticas
INTENSIDAD DE CAMPO MAGNÉTICO (H): Amperios*Vuelta
INDUCCIÓN MAGNÉTICA (B): Tesla (T) = Wb/m2
FLUJO MAGNÉTICO (Ø): Weber (Wb) FUERZA MAGNETOMOTRIZ (F): Amperios*Vuelta
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA (E): Voltio (V)
PERMEABILIDAD (µo): 4 * 10 -7 H/m
BH
Principio de funcionamiento
Clasificación de las máquinas
GENERADOR: transforma la energía mecánica en eléctrica. La acción se desarrolla por el movimiento de una bobina en un campo magnético.
MOTOR: transforma la energía eléctrica en mecánica. La acción se desarrolla introduciendo una corriente en la máquina por medio de una fuente externa.
TRANSFORMADOR: transforma una energía eléctrica de entrada (CA) con determinada magnitud de tensión y corriente en otra energía eléctrica de salida (CA) de diferentes magnitudes.
Principio de funcionamiento. Motor AC
Anillos deslizantes (escobillas)
Campo magnético producido por bobinas
Alimentación de AC
Principio de funcionamiento. Generador AC
Energía mecánica de entrada al generador que mueve la bobina de campo
FEM inducida proporcional a la velocidad de corte de las líneas de campo magnético. Ejemplo de la ley de Faraday.
FEM sinusoidal inducida de salida
Sistema Eléctrico
Maquina Eléctrica
Sistema Mecánico
Flujo de energía como MOTORMOTOR
Flujo de energía como GENERADORGENERADOR
Las máquinas eléctricas son convertidores electromecánicos capaces de transformar energía desde un sistema eléctrico a un sistema mecánico o viceversa.
Conservación de la energía electromecánica
Fuentes de energía de entrada
Turbinas de gas y vapor
Hidro
Aplicaciones especiales
Turbinas hidráulicas:
Saltos gran altura: Turbinas Pelton (375 – 700 rpm)
Saltos medios: Turbinas Francis (150 rpm)
Saltos pequeños (< 30 m): Turbinas Kaplan (< 100 rpm)
Por la baja velocidad son rotores de polos salientes.
Partes constitutivas de la máquina eléctrica rotatoria
Configuraciones básicas del estator rotor
Estator y rotor cilíndricos Estator cilíndrico y rotor con polos salientes
Estator con polos salientes y rotor cilíndrico
FEM inducida en máquinas de CA
• Los generadores sincrónicos (síncronos) o alternadores generadores sincrónicos (síncronos) o alternadores son utlizados para convertir energía mecánica (derivada del vapor, del gas, o de turbinas hidráulicas) en energía eléctrica CA.
• Los generadores sincrónicos son la fuente principal de energía actualmente en la
industria eléctrica.
• Los motores sincrónicos motores sincrónicos se construyen para aplicaciones industriales que exigen gran potencia, velocidad constante y pueden inyectar potencia y energía reactiva (capacitiva) (condensador síncrono).
Máquinas eléctricas síncronas
La frecuencia eléctrica de la red está sincronizada con la velocidad mecánica de rotación del generador síncrono, a través de la expresión:
En dónde:
f = es la frecuencia eléctrica, Hzp = es el número de pares de polos del generador n = es la velocidad del rotor, rpm
Las máquinas síncronas pueden funcionar como generador o como motor.
60np
f
Máquinas eléctricas síncronas
• El rotor del generador es accionado por un motor primario
• Una corriente continua que fluye en el devanado del rotor, produce un campo magnético que rota dentro de la máquina
• El campo magnético rotatorio induce una tensión trifásica en el estator del generador
Campos giratorios. Teorema de Ferraris
J.F.A. 15
• Tres (3) tensiones trifásicas (120 º) con tres (3) devanados defasados a 120º eléctricos.
• Campo magnético giratorio de amplitud constante y velocidad constante.• n es la velocidad de giro de la fmm que se denomina velocidad sincronismo
Velocidad de SINCRONISMO60
npf
Campos giratorios. Teorema de Ferraris
Campos giratorios. Teorema de Ferraris
I(t)
t
R S T
0º 90º 180º 270º 360º
R
R’
S
S’
T
T’
Máquinas eléctricas rotatorias
nº depolos
rpm50 Hz
rpm60 Hz
nº depolos
rpm50 Hz
rpm60 Hz
2 3000 3600 16 375 450
4 1500 1800 18 333 400
6 1000 1200 20 300 360
8 750 900 22 272 327
10 600 720 24 250 300
12 500 600 26 231 277
14 428 540 28 214 257
60 fnp
• Un generador sincrónico tiene dos partes activas:
• Un rotor (devanado inductor concentrado o distribuido en ranuras) excitado por DC.
• Un estator (devanado inducido distribuido formando un arrollamiento trifásico), en el que se genera una fuerza electromotriz AC.
• En máquinas pequeñas < 10 kVA, el devanado inductor esta en el estator.
• En máquinas grandes que pueden llegar a 1.000 – 1.500 MVA la colocación de los devanados es inversa.
• La manera en que las partes activas de una máquina sincrónica se enfrían, determina su tamaño y su estructura.
Máquinas eléctricas síncronas
Máquinas eléctricas síncronas
Los contenidos aquí expuestos son válidos para alternadores monofásicos y trifásicos. En el caso del alternador trifásico, las consideraciones y
magnitudes son de fase
Máquinas sincrónicas
Tipos de máquinas síncronas
Tipos de máquinas síncronas
Polos salientes Polos lisos
Rotor polos salientes (inductor) Devanados del estator (inducido)
En aquellas turbinas hidráulicas que giran a baja velocidad (entre 50 y 300 rpm), se requiere de un gran número de polos en el rotor.
Entrehierro no uniforme
N
S S
N
Máquina de polos salientes
NNN
S
S
Sentido de lascorrientes por
el rotor
L 10 m
D 1 mTurbina
Vapor o gas
Estator
Entrehierro
Devanado del Estator
Rotor
Devanado del Rotor
N
S
Estas máquinas son de alta velocidad: 3600 rpm para 2 polos, y, 1800 rpm para 4 polos.Los conductores se enfrían con hidrógeno o con agua.Generan sobre los 2000 MVA
Máquina polos lisos (rotor cilíndrico)
Pérdidas
En el cobre: debido a la resistencia de los conductores al paso de la corriente eléctrica.
2
1
n
cu i ii
P R I
En el hierro: pérdidas por histéresis y pérdidas por corrientes de Foucault (parásitas).
FE H FP P P
Mecánicas: debido al rozamiento de los cojinetes, a la fricción de las escobillas y a la ventilación (rozamiento del aire).
3* *mP A n B n
varfijas FE m iables cuP P P P P Pérdidas fijas (no varían con la carga de la máquina) y pérdidas variables (varía con la carga como la corriente eléctrica)
Tipo de asilamientos. Temperaturas máximas de devanados
Tipo de Aislamiento
Características Operativas de Aislamientos
Clase A Constituidos por materiales fibrosos a base de celulosa o seda, impregnados con líquidos aislantes; temperatura máxima de 105 °C
Clase E Materiales de fibras orgánicas sintéticas; temperatura máxima de 120 °C
Clase B Materiales a base de poliéster y poliimidos aglutinados con materiales orgánicos o impregnados con éstos ; temperatura máxima de 130 °C
Clase F Materiales a base de fibra de mica, amianto y fibra de vidrio aglutinados con materiales sintéticos, como siliconas, poliésteres o epóxidos; ; temperatura máxima de 155 °C
Clase H Materiales a base de mica, amianto o fibra de vidrio aglutinados con siliconas de alata estabilidad térmica; temperatura máxima de 180 °C
Clase 200 Materiales a base de mica, vidrio, cerámica, etc. ; temperatura máxima de 200 °C
Tipo de servicio de máquinas eléctricas
Tipo de Servicio Características Operativas de la Máquina Eléctrica
Servicio S1 – Continuo
Funcionamiento con carga constante y de una duración suficiente para que se establezca el equilibrio térmico
Servicio S2 – Temporal
Funcionamiento con carga constante durante un periodo de tiempo determinado, menor que el requerido para alcanzar el equilibrio térmico, seguido de un periodo de reposo suficiente para que la temperatura descienda hasta igualarse a la del fluido de refrigeración dentro de un margen de 2 °K
Servicio S3 – Intermitente periódico
Sucesión de ciclos de servicios idénticos, comprendiendo cada uno un periodo de funcionamiento con carga constante y un periodo de reposo. La intensidad de arranque no influye apreciablemente en el calentamiento.
Servicio S4 – Intermitente periódico con arranque
Sucesión de ciclos de servicio idénticos, comprendiendo cada uno un periodo de tiempo de arranque, un periodo de funcionamiento con carga constante y un periodo de reposo
Servicio S5 – Intermitente periódico con frenado eléctrico
Sucesión de ciclos de servicio idénticos, comprendiendo cada uno un periodo de tiempo de arranque, un periodo de funcionamiento con carga constante, un periodo de frenado eléctrico rápido y un periodo de reposo
Tipo de servicioTipo de Servicio Características Operativas de la Máquina EléctricaServicio S6 – Ininterrumpido con carga intermitente
Sucesión de ciclos de ciclos de servicios idénticos, comprendiendo cada uno un periodo de funcionamiento con carga constante y un periodo de vacio. No existe periodo de reposo
Servicio S7 – Ininterrumpido periódico con frenado eléctrico
Sucesión de ciclos de servicio idénticos, comprendiendo cada uno un periodo de arranque, un periodo de funcionamiento con carga constante y un periodo de frenado eléctrico. No existe periodo de reposo
Servicio S8 – Ininterrumpido periódico con cambios de carga y velocidad relacionados
Sucesión de ciclos de servicio idénticos, comprendiendo cada uno un periodo de funcionamiento con carga constante correspondiente a una velocidad de giro determinada, seguido de uno o varios periodos de funcionamiento con otras cargas constantes correspondientes a velocidades de giro diferentes. No existe periodo de reposo
Servicio S9 - Con variaciones no periódicas de carga y de velocidad
La carga y la velocidad tienen una variación no periódica en el margen de funcionamiento admisible. Este servicio incluye frecuentemente sobrecargas aplicadas que pueden ser ampliamente superiores a la plena carga.
Servicio S10 – Con cargas constantes diferentes
Un máximo de cuatro valores diferentes de carga, cada uno de los cuales se mantiene un tiempo suficiente para permitir que la máquina alcance el equilibrio térmico. La carga máxima de un ciclo de servicio puede tener un valor 0 (vacío o reposo)
Dígitos para indicar el grado de protección IP
En la norma UNE 20-324 se establece un sistema de especificación general en función del grado de protección que se consigue en cualquier material eléctrico. El grado de protección se designa con las letras IP seguidas de tres cifras, de las cuales en las máquinas eléctricas sólo se utilizan dos.
1ª cifra: indica la protección de las personas frente a contactos bajo tensión y/o piezas en movimiento en el interior, así como la protección de la máquina frente a la penetración de cuerpos sólidos extraños.
2ª cifra: indica la protección contra la penetración de agua.
3ª cifra: indicaría la protección contra daños mecánicos.
Dígitos para indicar el grado de protección IPNú-
mero1ra CIFRA
Protección contra contactos directos y cuerpos extraños
2da CIFRAProtección contra la penetración de líquidos
3ra CIFRAProtección contra los choques
mecánicos
0 Sin protección Sin protección Sin protección
1 Protección contra contactos directos casuales de grandes superficies (ej. la mano). Protección contra la penetración de cuerpos sólidos extraños de diámetro superior a 50 mm
Protección contra la caída vertical de gotas de agua
Energía de choque: 0,225 J
2 Protección contra contactos directos con los dedos. Protección contra la penetración de cuerpos sólidos extraños de diámetro superior a 12 mm
Protección contra caídas de gotas de agua inclinadas en cualquier ángulo hasta 15 ° con la vertical
3 Protección contra contactos directos de herramientas, hilos, etc. Mayores de 2,5 mm de diámetro. Protección contra la penetración de cuerpos sólidos extraños de diámetro superior a 2,5 mm
Protección contra el rociado de agua en un ángulo de hasta 60 ° con la vertical
Energía de choque: 0,5 J
4 Protección contra contactos directos con herramientas, hilos, etc., mayores de 1 mm de diámetro. Protección contra la penetración de cuerpos sólidos extraños de diámetro superior a 1 mm
Protección contra la proyección de agua en todas las direcciones
Dígitos para indicar el grado de protección IP
Nú-mero
1ra CIFRAProtección contra contactos directos y
cuerpos extraños
2da CIFRAProtección contra la penetración de líquidos
3ra CIFRAProtección contra los choques
mecánicos
5 Protección total contra contactos directos. Protección contra depósitos de polvo perjudiciales
Protección contra chorros de agua en todas las direcciones
Energía de choque: 2 J
6 Protección total contra contactos directos. Protección total contra penetración de polvo
Protección contra inundaciones pasajeras
7 Protección contra los efectos de inmersión
Energía de choque: 6 J
8 Protección contra los efectos de inmersión prolongada
9 Energía de choque: 20 J
Placa de características eléctricas
Placa de características eléctricas
Principio de funcionamiento
• Se basa en la ley de Faraday. Para crear tensión inducida en el devanado inducido o de armadura (estator), se debe crear un campo magnético en el inductor o rotor.
• El campo magnético en el rotor se crea mediante la circulación de una corriente continua ingresada en la máquina a través de anillos rozantes y escobillas (corriente de excitación).
• El rotor gira por la máquina motriz acoplada al eje.• El giro del campo magnético del rotor inducirá una f.e.m. o tensión en el devanado
inducido o de armadura (estator) que al estar conectada una carga, producirá la circulación de una corriente alterna fluyendo a través de él.
• La corriente alterna del estator, por el Teorema de Ferraris, crea un campo magnético giratorio a igual velocidad del rotor.
Fotografías máquinas síncronas
Sistemas de excitación
Sistema de excitación con dínamo excitatriz
Sistema de excitación electrónico
El voltaje generado (fem eficaz) esta dado por la expresión:
En dónde:Фm = es el flujo máximo en la máquina (función de Ie)f = es la frecuencia eléctricaKc = es una constante constructiva de la máquina sincrónica
La forma de onda de la expresión anterior no es completamente senoidal lo que significa la presencia de armónicos.
Estos armónicos se reducen por la distribución y acortamiento de bobinas.
fKE
fNKKKE
mc
madf
4
Funcionamiento en vacío
La característica de funcionamiento en vacio es la curva Eo = f (Ie) que expresa la fem en bornes en funci{on de la corriente excitación.
Determinación de la curva en forma experimental.
La relación entre el voltaje generado y la corriente de excitación Ie se conoce como característica de saturación del generador:
Ie (amperios)
Eo (voltios)
Funcionamiento en vacío
Saturación del núcleo
Funcionamiento con carga
Cuando una corriente circula por el inducido, el flujo ya no esta engendrado solo por el inductor , sino que a la acción de éste se le superpone el flujo creado por el inducido. Este fenómeno se denomina reacción del inducido.
Con la corriente del inducido se produce:
- una caída de tensión en el inducido- a la vez se produce una fmm que reacciona con la del inductor modificando el flujo del entrehierro de la máquina.
1.La caída de tensión en el circuito se produce en la resistencia y la inductancia de dispersión del inducido (estator).2.La reacción del inducido depende de la magnitud y de la fase de la corriente.
Carga resistiva: la reacción del inducido es transversal y se suma en cuadratura a la fmm inducida.
Carga inductiva: la reacción del inducido es desmagnetizante (se opone al inductor).
Carga capacitiva: la reacción del inducido es magnetizante (se suma al inductor).
Reacción del inducido
Reacción del inducido
ФФR
ФR Ф
ФR
Ф
Funcionamiento con carga
Corriente de excitación constante y carga variable
Voltaje en la carga constante y carga variable
Máquina con rotor cilíndricoFlujos dispersión devanado inducido
Se debe considerar la reactancia del inducido que se debe al flujo de dispersión del estator que no interacciona con el flujo del rotor. Este flujo se desarrolla en las cabezas de las bobinas y dentro de las ranuras donde se sitúa el devanado.Este flujo de dispersión øδ permite definir el coeficiente de autoinducción Lδ.
donde: Xδ = Lδ 2 π f
Máquina con rotor cilíndricoFlujos dispersión devanado inducido
El flujo de dispersión que esta en fase con la corriente de excitación I produce una caída de tensión (adelantada 90° con respecto a I)
E δ = + j Xδ I
El flujo de reacción del inducido (‘p’)esta en fase con la corriente de excitación I produce una caída de tensión Ep (esta retrasada 90° con respecto a I)
Ep = - j Xp I
En la Figura de la siguiente lámina, se consigue sustituir el triángulo rayado de fmm por otro triángulo semejante de fem por la proporcionalidad entre magnitudes consecuencia de considerar un circuito magnético lineal.
Máquina con rotor cilíndricoCircuito equivalente
Xs = Xδ + Xp (reactancia síncrona)Zs = R + j Xs (impedancia síncrona)
Eo = fem en vacío, (V)V = voltaje en bornes de máquina síncrona (V)R = resistencia del inducido por fase (ohm)Xs = reactancia síncrona por fase (ohm)Xδ = reactancia de dispersión por fase (ohm)Xp = reactancia de reacción del inducido (ohm)I = intensidad de corriente (A)
Er = fem resultante sin reacción del inducido (V)
Características de la carga
Eo
Eo
Eo
Prueba de vacío:
Prueba de cortocircuito:
VEI
0
0
Prueba de vacío y cortocircuito
cortos
cortoscortos
IEZ
IZIjXREV
0
0 )(0
Velocidad nominal de sincronismoVoltaje nominal (Vn)Corriente de excitación para producir Vn
Velocidad nominal de sincronismoVoltaje nominal igual cero (Vn=0)Corriente de excitación para producir 130% de InEl valor de la R se puede medir con ohmetro
Prueba de vacío y cortocircuito
Zs varía debido a saturación de la máquinaPara excitaciones pequeñas la Zs es constante
fOOdsaturadaZ
eOOdnosaturadaZ
s
s
')(
')(
Zs es constante para excitaciones pequeñas, la característica de vacío coincide con la recta del entrehierro, dando lugar a la Zs no saturada
En la práctica la máquina trabaja en el codo de la curva de vacío.
Zs para fines prácticos se acostumbra tomar el valor saturado
•Aplica a máquinas síncronas de rotor cilíndrico (Método de Potier).•El Método de Potier determina la caída de tensión en la reactancia de dispersión X δ y la fmm que produce la reacción del inducido.•Para aplicar el Método de Potier es necesario conocer la curva de vacío Eo en función de la fmm Fe y además realizar un ensayo con carga inductiva pura.
Máquinas síncrona. Análisis no lineal
•La fmm del inductor es opuesta a la del inducido (des magnetización).•En la curva reactiva, para obtener V es necesario eI equivalente OF.•MF representa la fmm de reacción del inducido Fi •La fmm resultante equivale al segmento OM. Esta fmm induce una fem resultante Er = MC
Máquinas síncrona. Análisis no lineal
•La fem por la reactancia de dispersión es •Xδ I = CB•Asumiendo constante Xδ se puede desplazar el triángulo ABC denominado triángulo de Potier obteniendo A’B’C’.•De esta manera OA’ puede obtenerse de la prueba de cortocircuito.•Realmente CB que es la fem de dispersión no da Xδ I sino una nueva reactancia denominada reactancia de Potier que es algo inferior a Xδ
Máquinas polos salientes. Regulación tensión
Características:
Entrehierro variable , mayor en eje de cuadratura o transversal (región media entre polos o línea interpolar).
La reacción del inducido se descompone en dos: fmm de reacción de eje directo o longitudinal y fmm de reacción en eje cuadratura o transversal.
Máquinas polos salientes. Regulación tensión
Existen tres fmm Fe; Fd; y, Fq que al considerar la teoría lineal de la máquina puede asumir que son flujos independientes que crea a su vez fem inducida.
E pd = - j Xpd Id ; E pq = - j Xpq Iq ; I = Id + Iq
E pd = fem de reacción del inducido eje directoE pq = fem de reacción del inducido eje cuadratura
Considerando la fem producida por la reactancia de dispersión.
E δ = + j Xδ I
Máquinas polos salientes.Regulación tensión
qqddo
qsq
dsd
pqsq
pdsd
qpqdpdo
qpqdpdo
qd
qpqpq
dpdpd
IjXIjXVE
XXXX
XXX
XXX
IXXjIXXjVE
IjXIjXIjXRIVE
III
IjXE
IjXE
)()(
;
; Epd y Epq = fem reacción del inducido de eje directo y eje cuadratura
Xd y Xq pueden ser determinadas prácticamente mediante pruebas de deslizamiento.
Máquinas polos salientes.Regulación tensión
dqdqd
odqdqo
dqddo
IXXsenIXXbd
OdEIXXjIjXVE
IIjXIjXVE
)(*)(
;)(
)(
V+jXq*I
Una forma práctica de comparar el comportamiento de la tensión generada por dos máquinas sincrónicas, es a través de la comparación del factor denominado regulación de voltaje regulación de voltaje (VR).
El VR de un generador síncrono para una determinada carga, factor de potencia, y, velocidad nominal, se define como:
En donde:
Vfl = es la tensión a la salida del generador a full cargaEnl = (equivalente a Ef) es la tensión en los bornes sin carga (tensión interna), a velocidad nominal, cuando se quita la carga sin necesidad de cambiar el campo actual.
En los generadores con factor de potencia rezagados, el VR es altamente positivo. Para factores de potencia medios, VR es positivo, y, para factores de potencia altos, el VR es negativo.
%100
fl
flnl
VVE
VR
Regulación del voltaje
Alternador en red aislada• La cantidad de redes aisladas son mínimas (excepto grupos electrógenos)• Cuando el generador está funcionando aisladamente de un sistema eléctrico (o sea, está
en una isla de potencia), la excitación del campo irá a controlar la tensión eléctrica generada.
• El funcionamiento del generador varía con el factor de potencia.• Se incorpora el regulador de tensión que al variar la corriente de carga del generador
permite estabilizar la tensión actuando sobre la excitatriz (Ie).• La máquina primaria (turbina) tiene un regulador de velocidad que actúa sobre la entrada
del agua en turbinas hidráulicas, manteniendo constante la velocidad y por tanto la frecuencia.
Alternador acoplado a la red
• Cuando el generador está conectado a una barra infinita (sistema eléctrico que posee diversos generadores interconectados), la excitación del campo irá a controlar la potencia reactiva generada.
• Para abastecer la demanda se conectan varios grupos de generadores en paralelo. La red así constituida “equivale” a un generador gigantesco en el que prácticamente la tensión y frecuencia se mantienen constantes.
• En Ecuador la capacidad instalada en generación esta cercana a 5.000 MW.
• La conexión en paralelo de un alternador (generador) implica una serie de operaciones complejas que se denomina sincronización de la máquina.
• Para sincronizar una máquina es necesario que el valor instantáneo del generador tenga igual magnitud y fase que el valor instantáneo de la tensión de la red.
• Condiciones para acoplar en paralelo un alternador:
1) Las secuencias de fases del alternador y la red deben ser idénticas.2) La tensión del generador debe tener un valor eficaz igual a la tensión de la red y sus fases
deben coincidir.3) Las frecuencias de ambas tensiones deben ser iguales.
Alternador acoplado a la red
Proceso de sincronización
1. Llevar la máquina A2 hasta una velocidad próxima a la de sincronismo.
2. Excitar la máquina A2 de forma que el voltímetro U2 indique el mismo valor que el voltímetro U1.
3. Comprobar que las lámparas se enciendan y apaguen simultáneamente (máximos y mínimos simultáneos). Si se presenta luces giratorias es preciso cruzar dos conexiones.
4. Actuar sobre la velocidad de A2 para ir reduciendo el parpadeo. Usar el interruptor de acoplamiento cuando el apagado de las lámparas dure unos 3 segundos.
Cuando las agujas se para en “0” las frecuencias son iguales y cuando las frecuencias difieren la aguja gira en uno o en otro sentido.
Potencia activa y reactiva de máquina síncrona(polos lisos) acoplada a red infinita
s
o
s
o
s
o
s
o
s
oo
s
oo
so
XVVEQsenPsen
XVEP
XVVEjsen
XVES
jXsenjEVEVS
jXsenjEVEI
RdodesprecianIjXVE
2
max
2
cos3;3
cos33
)cos(3
)cos()_(
Potencia activa y reactiva de máquina síncrona(polos lisos) acoplada a red infinita
1. A δ se denomina ángulo de potencia y también ángulo de carga.
2. Si δ>0 la potencia activa es positiva y corresponde al funcionamiento como generador síncrono.
3. Si δ<0 la potencia activa es negativa, la máquina recibe potencia activa de la red y trabaja como motor síncrono entregando potencia mecánica en el eje.
• Un motor síncrono, físicamente es la misma máquina que un generador, salvo que la dirección del flujo de potencia se invierte.
• Los motores síncronos se utilizan para convertir energía eléctrica en mecánica.
• Los motores síncronos habituales se fabrican para la industria pesada, en potencias de entre 150 KW (200 HP) y 15 MW (20.000 HP), y, tienen velocidades de giro de entre 150 a 1800 rpm.
• Los motores síncronos se utilizan generalmente en tamaños grandes, porque en tamaños pequeños son más costosos en comparación con las máquinas de inducción.
• El factor de potencia de la máquina sincrónica se puede controlar muy fácilmente mediante el control de la corriente de campo.
Motor síncrono
Se alimenta el rotor de un motor síncrono con DC, de tal manera que se produzca un campo magnético en estado estacionario BR.
Se aplica una tensión trifásica al estator del motor, lo que produce un flujo de corriente trifásica en las bobinas. Esta corriente origina en el devanado del estator, un campo magnético uniforme rotacional de magnitud Bs.
Por lo tanto, en el motor están presentes dos campos magnéticos, y, el campo del rotor tenderá a alinearse con el campo del estator, así como dos imanes tienden a alinearse si se colocan uno junto al otro.
Puesto que el campo magnético del estator está girando, el campo magnético del rotor (y el propio rotor) va a empezar a girar.
Cuanto mayor sea el ángulo entre los dos campos magnéticos (hasta cierto límite), mayor será el torque en el rotor de la máquina.
Motor síncrono
