Maquinas Eléctricas Síncronas

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Estator: parte de la maquina donde se induce el voltaje.

Turbogenerador

Rotor liso o cilíndrico: es donde se genera el flujo magnético principal, el cual trabaja a altas velocidades al cual se le induce CD mediante un sistema de excitación.

Partes del rotor turbogenerador (polos lisos)

Anillos de retención: tienen la función de mantener los devanados del rotor en su lugar, ya que giran a velocidades altas como 3600 RPM.

Estator: parte de la maquina donde se induce el voltaje.

En los generadores y motores más grandes se utilizan excitadores o excitatrices sin escobillas para suministrar a la maquina corriente de campo de cd. Un excitador sin escobilla es un generador de ca pequeño con un circuito de campo montado en el estator y un circuito de armadura acoplado en el eje del rotor. La salida trifásica del generador excitador se rectifica a corriente directa por medio de un circuito rectificador trifásico (que también está montado en el eje del generador) y luego se alimenta al circuito de campo de cd principal. Por medio del control de la pequeña corriente de campo de cd del generador excitador (localizado en el estator) es posible ajustar la corriente de campo en la maquina principal sin anillos rozantes ni escobillas. Este arreglo se muestra esquemáticamente en la figura 4-3 mientras que en la fi gura 4-4 se observa el rotor de una maquina síncrona con un excitador sin escobilla montado en el mismo eje. Debido a que no se presenta ningún contacto mecánico entre el rotor y el estator, los excitadores sin escobilla requieren mucho menos mantenimiento que los anillos rozantes y las escobillas.

Circuito equivalente de un generador síncrono

Potencia y par en los generadores

Un generador síncrono es una maquina síncrona que se utiliza como generador. Convierte potencia mecánica en potencia eléctrica trifásica. La fuente de la potencia mecánica, el motor primario, puede ser un motor diésel, una turbina de vapor, una turbina hidráulica u otro equipo similar. Cualquiera que sea la fuente, debe tener la propiedad básica de mantener su velocidad constante sin importar la demanda de potencia. Si esto no se cumple, entonces la frecuencia resultante del sistema de potencia podría presentar fallas (variar).

No toda la potencia mecánica que entra en un generador síncrono se convierte en potencia eléctrica que sale de la máquina. La diferencia entre la potencia de entrada y la potencia de salida representa las perdidas en la máquina. En la fi gura 4-15 se muestra el diagrama de flujo de potencia de un generador síncrono. La potencia mecánica de entrada es la potencia eje en el generador Pentr=τap X ωm’ , mientras que la potencia mecánica convertida a potencia eléctrica internamente está dada por:

La potencia máxima que indica esta ecuación se llama límite de estabilidad estática del generador. Por lo general, los generadores nunca llegan a estar demasiado cerca de este límite. En las maquinas reales los ángulos más comunes del par a plena carga son de 20 a 30°.

Motores síncronos

Para entender el concepto básico de un motor síncrono véase la fi gura 5-1, que muestra uno con dos polos. La corriente de campo If del motor produce un campo magnético en estado estacionario BR. Se aplica un conjunto de voltajes trifásicos al estator de la máquina, lo que produce un flujo de corriente trifásica en los devanados.

Un conjunto de corrientes trifásicas en el inducido de un devanado produce un campo magnético giratorio uniforme BS. Por lo tanto, hay dos campos magnéticos presentes en la máquina y el campo del rotor tenderá a alinearse con el campo del estator, igual que dos imanes tenderán a alinearse si se colocan uno cerca del otro. Debido a que el campo magnético del estator gira, el campo magnético del rotor (y el rotor mismo) tratará constantemente de alcanzarlo. Mientras más grande sea el ángulo entre los dos campos magnéticos (hasta un ángulo máximo), mayor será el par en el rotor de la máquina. El principio básico de la operación de los motores síncronos es que el rotor “persigue” al campo magnético giratorio del estator alrededor de un círculo y nunca lo alcanza.

Debido a que un motor síncrono es igual físicamente a un generador síncrono, todas las ecuaciones básicas de velocidad, potencia y par se utilizan también en el caso de los motores síncronos.

Circuito equivalente de un motor síncrono

Un motor síncrono es igual en todos los aspectos a un generador síncrono, excepto en que la dirección del flujo de potencia es la opuesta. Debido a que se invierte la dirección del flujo de potencia en la máquina, se puede esperar que la dirección del flujo de corriente en el estator del motor también se invierta. Por lo tanto, el circuito equivalente de un motor síncrono es exactamente igual al circuito equivalente de un generador síncrono, excepto en que la dirección de referencia de lA está invertida. En la fi gura 5-2a) se muestra el circuito equivalente completo resultante y en la fi gura 5 2b) se puede observar el circuito equivalente por fase. Igual que como se especificó antes, las tres fases del circuito equivalente pueden estar conectadas tanto en Y como en Δ.