Características de velocidad
La
velocidad de rotación de un motor síncrono es directamente proporcional a la
frecuencia de la red en que se conecta.
n = 120 · f / P
n = Velocidad
de rotación.
f = Frecuencia
de la red de alimentación.
P = Número de
Polos del rotor.
Aplicaciones
Su
característica de velocidad constante le hace apropiado para alimentar
accionamientos eléctricos que requieren mantener constante la velocidad.
PAR electromagnético inducido (I)
El
par de torsión inducido en el rotor del motor es proporcional al ángulo
relativo entre el campo producido en el rotor y el estátor. A mayor sea este
ángulo (hasta un límite de desenganche)
mayor será el par de rotación.
Γind = k · BR
· BS = k' · BR · Bres · senδ
En
el motor síncrono el Par desarrollado se interpreta como el par que hace el
campo magnético del ROTOR (y el propio
rotor impulsado por él) para atrapar al campo magnético del ESTÁTOR.
PAR electromagnético inducido (II)
Una
interpretación más sencilla del Par inducido se obtiene a partir del circuito
equivalente.
Diagrama fasorial de un motor síncrono
A
tener en cuenta...
La
expresión de la potencia aquí indicada representa la Potencia CONSUMIDA por el
motor síncrono. Con esta interpretación, la potencia deberá tomar valores
positivos mientras la máquina funcione como motor, esto implica que:
PARA FUNCIONAMIENTO MOTOR 0 < δ < 90º
El
ángulo δ se denomina ÁNGULO DE POTENCIA Y TAMBIÉN ÁNGULO
DE CARGA y es el ángulo entre la tensión de alimentación en el motor y la f.e.m
inducida en el rotor en vacío ER = E0.
PAR máximo o de desenganche
El
Par Máximo desarrollado por el motor se produce para δ = 90º.
ΓMAX = 3 · V · E / ωMEC · XS
A
mayor sea la corriente de excitación (y en consecuencia) mayor es ΓMAX , y por tanto el motor es más
estable.
E = 4,44 · KW · f · ΦP
· Nf
El
ángulo de carga δ = 90º representa el límite de estabilidad de la máquina
síncrona.
Si
se supera este ángulo el ROTOR se dice que se desengancha, ya que deja de poder
seguir el campo giratorio del estátor, y se para.
Curva del par
En
la práctica estas máquinas suelen trabajar con un ángulo de potencia inferior a
30º.
Proceso de desenganche del Motor
Síncrono
Cuando
se aumenta la carga del motor, el ángulo de carga δd (que es el formado por el rotor retrasado
respecto el campo giratorio del estátor), también aumenta. El polo norte adelantado
del estátor "tirará" del polo sur del rotor, y el polo sur retrasado
del estátor "empujará".
Cuando
se sobrecarga en exceso el motor y el momento de torsión aplicado sobre el eje
excede el momento máximo, el rotor no puede permanecer ligado por más tiempo al
campo giratorio del estátor. En lugar de esto, el rotor comienza a deslizarse
por detrás de ellos. Mientras el rotor se frena, el campo magnético del estátor
lo traslada repetidamente y la dirección del momento inducido se invierte en
cada pasada. El enorme momento de torsión resultante que surge, primero en un
sentido y luego en otro, produce en todo el motor una vibración de gran
magnitud.
La
pérdida de sincronización después de que el par máximo se supere se conoce como
"desenganche del motor", y éste acabará parándose.
¿Qué sucede cuando la carga se
modifica en un motor síncrono?
Al
aumentar la carga sobre el eje del motor, el rotor inicialmente se frenará
ligeramente, lo cual hace que tanto el ángulo de carga δ como el par de torsión inducido aumenten para
restablecer la velocidad de sincronismo. Se produce pues una aceleración hasta
conseguir nuevamente la velocidad síncrono.
Sin embargo el ángulo de carga δ habrá cambiado.
Efecto del aumento de carga durante el funcionamiento de
un motor síncrono
Como
ni la corriente de excitación (ni el Φ),
ni la velocidad de la máquina varían (una vez restablecido el régimen estable),
la tensión E en el rotor debe mantenerse constante mientras la carga se
modifica. Efecto del aumento de carga durante el funcionamiento de un motor
síncrono
Mientras
la carga aumenta E se desplaza hacia abajo alejándose más y más de V.
La
magnitud φ · Xs · Ii tiene
entonces que aumentar y por consiguiente la corriente del inducido Ii
aumentará.
El
ángulo del factor de potencia φ también varía,
volviéndose menos y menos capacitivo y convirtiéndose en más y más inductivo.
¿Cómo se comporta el motor síncrono
al variarle su excitación?
Un
cambio de la corriente de excitación modifica el valor de E, pero la potencia
se mantiene constante (ya que el par de torsión depende de la carga que no se
modifica y la velocidad no depende de Iexc). Por tanto, E se mueve en la recta
de Potencia constante (P = cte).
Al
mantenerse la potencia consumida constante (por no variar la carga), y en
cambio variar la tensión en el rotor, E (por variar la corriente de
excitación), el factor de potencia variará, y el consumo de POTENCIA REACTIVA
también variará.
Puede
controlarse el consumo de potencia REACTIVA de un motor síncrono variando su corriente
de excitación.
Control de la Potencia Reactiva
Modificando
la intensidad de excitación del motor síncrono puede conseguirse que su consumo
de reactiva sea positivo negativo o
nulo. Así el motor puede comportarse como una reactancia controlando el nivel
de potencia reactiva en un punto de una red eléctrica. De esta forma puede
modificarse el factor de potencia de una instalación.
Leyenda
de la figura:
(1)
Motor subexcitado
Cuando
se disminuye la intensidad de la corriente de excitación Iexc (subexcitación)
aumentará la corriente de entrada al motor Ii, que tendrá por tanto una
componente reactivo-inductiva y por lo tanto
φ > 0.
La
máquina consumirá Potencia Reactiva de la red.
(2)
Motor sobrexcitado
Si
aumentamos la intensidad de excitación Iexc (sobreexcitación)
también crecerá la intensidad de la corriente de entrada Ii , sin embargo está
presentará una componente reactivo-capacitiva ( φ < 0).
(3)
Excitación óptima
Este
caso se tiene cuando el motor únicamente consume potencia activa y el consumo
de reactiva es nulo. En esta situación el motor se comporta como una simple
resistencia.
Curvas en V del Motor Síncrono
Una
forma de evaluar el consumo de reactiva de forma gráfica que suele utilizarse
en pruebas y ensayos experimentales son las curvas en V.
¿En
qué consisten?
Durante
el ensayo, se pone en marcha el motor y se mantiene constante su carga mecánica
(lo cual asegura una velocidad constante). Para distintas intensidades de
excitación puede graficarse la curva que representa las zonas de comportamiento
inductivo y capacitivo del motor. El mínimo de esta curva con forma de V
responde a un cos φ = 1 (Resistivo).
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