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UNIVERSIDAD PRIVADA ANTENOR ORREGO FACULTAD DE INGENIERIA ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRONICA

“Maquinas Síncronas”

PROFESOR: Ing. Iparraguirre Vásquez, Luis Enrique

INTEGRANTES:     

Hernández Suárez,Jorge Armando. Rodríguez dávila,Erick Jesús. Muñoz Pérez,Renato Joseph. Cano Orencio,Yuriko. Cordoba Cruzado,Jonathan hans.

CURSO:

Máquinas Eléctricas

CICLO:

V

TRUJILLO- PERU 2013

Maquinas Síncronas Aspectos constructivos de la máquina síncrona En términos prácticos es la fuente de C.A. usado como tal casi en exclusiva, actuando como generador; se le conoce habitualmente como el alternador.

Es un máquina de gran versatilidad, puede usarse tanto como motor, como generador y como condensador con el fin de mejorar el factor de potencia de un sistema eléctrico. Desde el punto de vista del uso como generador, puede trabajar en forma aislada, con lo que se tiene frecuencia variable, o bien sincronizada con un S.E.P. (“Red Infinita”), en que su frecuencia queda fijada por el sistema. Desde el punto de vista de su construcción, tiene devanados tanto en el estator como el rotor. En la generalidad de las máquinas, y siempre en las de gran tamaño, la armadura está ubicada en el estator y en ella se tiene C.A. El campo que tiene C.C. para la excitación, consecuentemente con lo anterior, va

ubicado en el rotor. En consideración a la velocidad de las máquinas, se construyen con rotor cilíndrico las de alta velocidad y con polos salientes las de baja velocidad usualmente impulsadas por turbinas de vapor o gas, las primeras y por turbinas hidráulicas las segundas.

La figura Muestra una máquina síncrona (M.S.) trifásica de un par de polos salientes, con los devanados de campo y armadura.

Máquina síncrona de polos salientes Como por el devanado de armadura circulan corrientes 3ø balanceadas sinusoidales, aparece un C.M.R. que viaja a velocidad sincrónica, es decir,

Para que exista torque en régimen permanente (estado estacionario), el C.M. producido por las corrientes en el rotor debe girar a la velocidad sincrónica , debiendo existir, además, un cierto ángulo de desfase entre la f.m.m. de la armadura (Fa) y la f.m.m. del campo (Ff). Recordemos que según:

Esta expresión la podemos rescribir, de acuerdo a esta nomenclatura, como:

Gráficamente se tiene el siguiente diagrama fasorial:

Fuerza magnetomotriz de armadura (Fa) y de campo (Ff)

Donde:

Ondas de fuerza magnetomotriz en el entrehierro En un generador síncrono trifásico, la armadura tiene tres bobinas del mismo tipo que en el caso de una máquina de inducción, por lo tanto se tiene un campo magnético rotatorio de la misma forma que el analizado en esa oportunidad. De las consideraciones hechas de C.M.R. en la máquina de inducción, Fa es también sinusoidal. La f.m.m. resultante en el entrehierro es, entonces, la suma punto a punto de las f.m.m. parciales Fa y Ff. A modo de resumen podemos concluir que: - La f.e.m.i. en la fase “a” es proporcional a la excitación del campo - La f.m.m de armadura

, creado por

, llamada también f.m.m. de reacción de

armadura gira a la velocidad síncrona

.

- La figura anterior alternativamente se puede graficar en función de la densidad de flujo “B”. Analicemos ahora el caso en que Ia, atrasa a en un cierto ángulo ø. Bajo estas consideraciones el valor máximo de estaría anticipando al eje de la fase “a” en este ángulo ø, con lo que al realizar la suma punto a punto se está en la situación que muestra la figura.

Diagrama fasorial de la máquina síncrona operando como generador, factor de potencia en atraso

Obs: El C.M. resultante en la máquina es la suma de

igual a

-El flujo es proporcional a la f.m.m. si no existe saturación y si se tiene entrehierro uniforme. Bajo estas consideraciones la onda de densidad de flujo de reacción de armadura es proporcional a la onda de f.m.m. de armadura -Como fasores y se pueden sumar.

, etc. son sinusoidales pueden representarse por

La figura siguiente muestra el diagrama fasorial de la máquina síncrona operando como motor, para en la primera figura y en atraso con respecto a la tensión de excitación en la otra figura.

Diagrama fasorial de la M.S. operando como motor, para fp = 1 y fp inductivo Estos diagramas fasoriales muestran que la posición espacial de la f.m.m. , con respecto al campo a polar, dependen del desfase entre es decir, para la producción de torque, se ajusta así misma a las condiciones de operación. Por otra parte es posible observar en operación como motor que el torque electromagnético actúa sobre el rotor en dirección tal, que tiende a alinear los polos del campo con En un generador, el flujo en oposición a la rotación.

adelanta a

y el torque electromagnético actúa

Desde otro punto de vista, la operación como motor o generador, puede ser explicada como: - Generador: eje.

adelante a

- Motor: atrasa a la máquina. Af

debido al torque de la máquina motriz aplicado al

debido al torque de carga que debe impulsar el eje de

Observación.- Cuando y son cte., la máquina se ajusta así misma a los diferentes requerimientos de torque, variándose en forma interna el ángulo de torque La figura Sgte muestra las posibilidades de operación de la máquina como una función del ángulo de torque.

Característica torque – ángulo de una máquina síncrona de rotor cilíndrico

La máquina sale de sincronismo cuando el ángulo de torque sobrepasa los ± 90º. En estas condiciones, se produce un brusco desplazamiento del rotor, hasta que quedan enfrentados polos de igual nombre. Estos se repelen y se producen fuertes oscilaciones de la máquina. Ejemplo: Consideremos una M.S. trifásica con resistencia y reactancia de armadura despreciables, sin pérdidas, conectada a una barra infinita. Se mantiene en un valor tal que si la máquina está en vacío. Mediante diagramas fasoriales, describir cómo la M. S. se adapta a los distintos requerimientos de torque, en operación como motor y como generador.

Máquina síncrona conectada a una barra infinita Solución: El flujo resultante en el entrehierro genera una Tensión de la máquina, que es usualmente llamada tensión de entrehierro. Como, En vacío, el torque y el ángulo de torque δ son nulos, como El diagrama fasor, se muestra en la figura.

en cada fase

Diagrama fasor de f.m.m y f.e.m.i.

En operación como motor, al aplicarle carga al eje, la M.S. trata de disminuir su velocidad, es decir el ángulo de torque δ crece, por lo que la máquina desarrolla un mayor torque, transcurrido un periodo transitorio, la máquina en estado estacionario, queda con un ángulo de torque resultante δ rf. De ello resulta que no está en fase con el resultante debido a que ahora existe ya que debe tener un valor tal que la máquina pueda desarrollar la a potencia necesaria para servir la carga mecánica en el eje.

La figura muestra el diagrama fasor correspondiente.

Diagrama fasor como motor Nótese que bajo cualquier condición debe permanecer cte. ya que depende de la tensión aplicada que es cte., también lo será entonces . El ángulo φ es el ángulo de factor de potencia de la corriente de armadura en relación con la tensión de entrehierro. Del diagrama se puede ver que:

Pero es proporcional al componente de la potencia activa de entrada, emás d la expresión es proporcional al torque. Es decir, la potencia activa de entrada es proporcional al torque mecanico de la salida de la maquina.

Bibliografia