Principio de funcionamiento del Motor síncrono

En el anterior post denominado “Principio de funcionamiento del Generador síncrono” publicado en el link:

https://imseingenieria.blogspot.com/2018/11/principio-de-funcionamiento-del.html

se ha estudiado la máquina síncrona funcionando como generador, en el presente post estudiamos la máquina síncrona funcionando como motor.

El devanado del rotor se alimenta con la corriente de excitación I_exc, produciéndose un campo magnético B_R que es constante, por ser I_exc continua.

Se alimenta entonces el devanado del estátor con unas tensiones trifásicas alternas. Estas tensiones, por ser el devanado también trifásico, producirán un campo magnético giratorio Bs en el entrehierro de la máquina.

Por tanto, hay dos campos magnéticos en el rotor.

Si se impulsa externamente el rotor en el sentido del campo giratorio del estátor, el polo norte del campo arrastrará al polo sur del rotor y el sur del campo, al norte del rotor. El campo del rotor (y el mismo rotor) tenderá a alinearse con el campo giratorio del estátor y constantemente tratará de alcanzarlo. Como resultado de ello, si se deja de impulsar el rotor, este continuará girando a la velocidad del campo giratorio del estátor, es decir, a la velocidad de sincronismo. La velocidad de giro del rotor se calcula como:

n = 120 · f / P

f = frecuencia

P = número de polos

n = velocidad mecánica del rotor

Cuanto más grande sea el ángulo entre los dos campos magnéticos (hasta un cierto máximo), mayor será el momento de torsión sobre el rotor de la máquina.

Circuito equivalente del motor síncrono

Es exactamente igual que el circuito equivalente del generador síncrono, si bien, el flujo de potencia tiene sentido contrario.

Ecuación que describe el comportamiento de un motor

Balance de Potencias

Leyenda de la figura:

(1) P_ent = Potencia eléctrica de entrada al motor

Es la potencia que se aplica al devanado del estátor para crear el flujo de excitación de la máquina.

P_sal = 3 · V · I_i · cos ϕ;       V = Tensión simple, entre fase y tierra

P_sal = √3 · V_L · I_L · cos ϕ   ;      VL = Tensión compuesta (entre fases) = √3 · V

(2) P_int = Potencia interna o potencia en el entrehierro

Es la potencia transferida en el entrehierro de energía eléctrica a mecánica.

P_int = 3 · E · lj · cos (E - lj)

P_int = P_ent - P_CU,E

(3) P_CU,E = Pérdidas en el cobre del estátor

Pérdidas por efecto en los conductores del estator:

P_sal = 3 · V · I_i · cos ϕ;       V = Tensión simple, entre fase y tierra

P_sal = √3 · V_L · I_L · cos ϕ  ;      VL = Tensión compuesta (entre fases) = √3 · V

(4) P_FE = Pérdidas magnéticas

Pérdidas en el circuito magnético de la máquina por Foucault e histéresis.

(5) P_CU,R = Pérdidas por efecto Joule en el cobre del rotor

Pérdidas debidas al paso de la corriente de excitación para crear el campo de excitación.

P_CU,R = 3 · R_R · I_exc²

(6) P_MEC

Pérdidas mecánicas por rozamiento y ventilación

(7) P_sal = Potencia de salida mecánica en el eje del motor

P_sal = P_int - P_CU,R + P_MEC + P_FE

Interpretación de las pérdidas del motor mediante el circuito equivalente

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