La máquina síncrona

principio de funcionamiento como generador tipos aspectos constructivos.

Como motor se usa principalmente cuando se requiere corregir factor de

potencia, o bien en aplicaciones de velocidad estrictamente

constante.

La maquina sincrónica aspectos generales

La máquina síncrona utiliza un estator constituido por un devanado trifásico distribuido a 120º idéntico a la máquina asíncrona.

Industrialmente es el generador utilizado en la mayoría de las centrales eléctricas: turboalternadores y grandes alternadores hidráulicos.

El rotor está formado por un devanado alimentado desde el exterior a través de escobillas y anillos rozantes mediante corriente continua.

El rotor puede ser liso o de polos salientes.

Generadores sincrónicos

Principio de funcionamiento del generador

60

NPf

60

NPf

P=PARES DE POLOS

N=VELOCIDAD DE GIRO

Para conectar el generador a una red es necesario que gire a la velocidad de sincronismo correspondiente a la

frecuencia de dicha red

Controlando la excitación (tensión de alimentación del rotor) se consigue

que la máquina trabaje con cualquier factor de potencia: PUEDE ABSORBER O CEDER Q

ESTATOR= Devanado trifásicodistribuido conectado a la carga

o red que se desea alimentar

ROTOR= Devanado alimentadocon corriente continua que crea

un campo magnético fijo. Sehace girar por un medio externo

El campo creado por el rotor, al girar, induce FEM en el estator y, por tanto,

hace circular corriente por la carga

TRANSFORMACIÓN DE ENERGÍA MECÁNICA EN ENERGÍA ELÉCTRICA

Generador sincrónico

ROTOR LISO ROTOR POLOS SALIENTE

N

S

Líneas decampo

NNN

S

S

Sentido de lascorrientes por

el rotor

DIFERENCIAS DE ROTOR

Generador sincrónico

a) Sin carga b) Carga de corriente 30°

desfase

d) Efecto reacción inducido

c) Corriente campo genera

campo BS

Circuito equivalente sencillo

La FEM es proporcional a la corriente de excitación del rotor. En funcionamiento como generador representa a la tensión que se induce en el estator y en funcionamiento como motor a la fuerza contra electro-motriz que es necesario “vencer” para que circule la corriente que alimenta al motor.

jXs Rs A

B

E

IG

+ V

jXs Rs A

B

E

IG

+ V

Funcionamiento como generador

Reactancia síncrona Resistencia estator

Circuito equivalente (por fase) de la máquina síncrona

El generador síncrono en vacío

500 1000 1500 2000

5

10

15

20 kV

Iexc (A)

18kV 390MVA 3000RPM

500 1000 1500 2000

5

10

15

20 kV

Iexc (A)

18kV 390MVA 3000RPM

Tensión en vacío VReactancia síncrona

jXs Rs A

B

E

IG

+ V

jXs Rs A

B

E

IG

+ V

Funcionamiento como generador

Resistencia estator

Cuando el generador trabaja en vacío no hay caída de tensión: la tensión de

salida coincide con la FEM

NKE NKE VELOCIDAD DE GIRO

FLUJO (por polo) PROPORCIONAL A IEXC

El generador síncrono en carga: reacción de inducido

Cuando el alternador trabaja en vacío el único flujo existente es el producido por la corriente continua de excitación del rotor

cuando suministra corriente a una carga, dicha corriente

produce un campo magnético giratorio al circular por los

devanados del estator. Este campo produce un par

opuesto al de giro de la máquina, que es necesario contrarrestar mediante la

aportación exterior de potencia mecánica.

A este efecto creado por el campo del estator se le conoce con el nombre de “reacción de

inducido.

El flujo total de la máquina se verá disminuido o aumentado

dependiendo que la carga sea inductiva o capacitiva

El generador síncrono en carga.

jXs Rs A

B

E

IG

+ V

jXs Rs A

B

E

IG

+ V

FuncionamientFuncionamiento como o como generadorgenerador

FuncionamientFuncionamiento como o como generadorgenerador

CargaCarga

U

U

U

I

I

I

RI

RI

RI

jXs

I

jXs

I

jXs

I

E

E

E

Carga resistiva

Carga Inductiva

Carga capacitiva

U

U

U

I

I

I

RI

RI

RI

jXs

I

jXs

I

jXs

I

E

E

E

Carga resistiva

Carga Inductiva

Carga capacitiva

PARA UNA MISMA TENSIÓN DE SALIDA EL GENERADOR PUEDE CEDER O ABSORBER POTENCIA

REACTIVA DEPENDIENDO DE QUE LA CARGA SEA INDUCTIVA O CAPACITIVA

Para conseguirlo basta modificar el valor de la E (modificando la corriente

de campo)

EL GENERADOR ALIMENTA A UNA CARGA DE FORMA

INDEPENDIENTE

FUNCIONAMIENTO AISLADO

La tensión de alimentación puede variar

El factor de potencia de la carga es fijo

Aumento en la excitación

Aumento en la tensión de salida

Aumento en potencia mecánica

Aumento en la velocidad de

giro

Aumento en la frecuencia

El generador síncrono en carga: funcionamiento aislado

Maquinas sincrónicas como motor

• Definición.• Principio de funcionamiento.• Características constructivas.• Tipos de excitación.• Perdidas de un motor sincrónico.• Circuito equivalente.• Aplicaciones y ventajas.

Definición

• Los motores síncronos son un tipo de motor de corriente alterna en el que la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación; el período de rotación es exactamente igual a un número entero de ciclos de CA. Su velocidad de giro es constante y depende de la frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectado y por el número de pares de polos del motor, siendo conocida esa velocidad como "velocidad de sincronismo".

Esta máquina síncrona no tiene par de arranque, y se alimentan el devanado rotórico (devanado de campo) con corriente continua y el devanado estatórico (devanado inducido) con corriente alterna. La interacción entre los campos creados por ambas corrientes mantiene el giro del rotor a la velocidad de sincronismo.

Carasteristicas construcctivas

• Carcasa.

• Cojinetes:

-de rodamiento.

-de deslizamiento.

• Rotor.

• Estator.

• Tipos de estator:

• Tipos de rotor:

• Eje.

• Caja de conexiones.

• Ventilador.

Tipos de excitación

• Excitación sin escobillas.

• Excitación con escobillas.

Perdidas en un motor sincrónico

Circuito equivalente

Por la Ley de tensiones de Kirchhoff, se cumple: U = - Ev + R Ig + jLw I

Diagrama fasorial de blondel

Aplicaciones y ventajas

• También se utilizan como compensadores del factor de potencia (coseno Fi), y su función se asemeja a la de los condensadores utilizados para avanzar la fase, cuando cargas inductivas la retrasan. En la mayoría de los casos resulta en ventajas económicas y operativas para el usuario debido a sus características de trabajo

7. Un generador sincrónico de 10 (MVA), 6.6 (kV), 50 (Hz), 600 rpm, conectado en estrella. La reactancia sincrónica xs = 6.8Ω. Las perdidas mecánicas ascienden a 125 (kW). El generador se encuentra acoplado a una red infinita de 6.6 (kV). cediendo una potencia de 8 (MVA) con factor de potencia 0.8 inductivo. Calcular:

a) La tension de campo y el ángulo par.

b) El par mecánico de la turbina.

c) El rendimiento del generador en estas condiciones.