FUNDAMENTOS DE LA MAQUINA SINCRONICA.
ASPECTOS CONSTRUCTIVOS DE LA MAQUINA SINCRONICA
MAQUINAS SINCRONICAS
Son llamadas así porque la velocidad del campo magnético del estator y la velocidad del rotor son iguales; es decir, funcionan a la velocidad de sincronismo.
Puede operar como motor y como generador
Sus partes son:
Estator: Es similar al de un motor de induccion trifasico; en el se coloca un devanado ya sea trifasico o monofasico, el cual puede ser el circuito inducido o el inductor, segun se use la maquina.
Subtema
Rotor: Tiene un bobinado (campo rotativo) que tiene el mismo numero de polos que el del estator, el cual es excitado por medio de una fuente externa de corriente directa. Puede ser de polos lisos o polos salientes.
De polos salientes: Se usan en las hidroeléctricas para operar turbinas hidráulicas a bajas velocidades de giro
De polos lisos: Se usan en las plantas de ciclo combinado, núcleo eléctricas, termoeléctricas, para opera turbinas de gas y vapor, ya que soportan elevadas velocidades de giro
Anillos deslizantes: A ellos se conectan las terminales del devanado del rotor, para recibir la corriente continua, que necesita éste para producir un campo magnético.
Escobillas o carbones
Sistema de exitacion
La maquina sincrónica durante su funcionamiento necesita de corriente directa para aplicarse al devanado del rotor; este sistema de excitación produce la CD requerida
Hay dos formas en que un sistema de exitacion puede producir CD
1.- Suministrando la CD desde una fuente especial montada directamente al rotor de la maquina, llamada excitatriz (Generador de CD auto-excitado)
2.- Suministrando la CD desde una fuente externa hacia el devanado del rotor, por medio de la conexión de los anillos rosantes del rotor hacia el devanado del estator
Fuerzas electromotrices giratorias en maquinas trifasicas.
Los 4 principios que describen el comportamiento de los campos magnéticas en las maquinas eléctricas son los siguientes:
1.- Ley de Ampere: Un conductor que porta corriente produce un campo magnético alrededor de el.
2.- Ley de Faraday: Si a través de una espira pasa un campo variable en el tiempo, se induce un voltaje en dicha espira
3.- Ley de Biot-Savart: Si un conductor por el cual circula corriente, se encuentra dentro de un campo magnético, se produce una fuerza sobre dicho conductor
4.- Ley de Faraday: Si un conductor se encuentra en movimiento dentro de un campo magnético, se induce un voltaje
Descripcion de la ley de Lenz: Menciona que mientras un conductor esta en movimiento dentro de un campo magnético se induce una FEM, donde pasa una corriente por el si forma un circuito cerrado; debido a esto también formara su propio campo magnético y esto provocara que el conductor se mueva en sentido contrario al campo magnético que indujo la FEM, lo cual produce una acción MOTORA.
FCEM y contra par
La "Fuerza contra electromotriz" se origina por la corriente que pasa a traves de un conductor, a causa de una FEM impartida al motor, el cual esta en circuito cerrado. En estas condiciones, el conductor se encuentra dentro de un campo magnetico, generandose la accion motora debida a que la FCEM mueve al conductor en sentido contrario, es decir el CONTRA PAR de la FEM original.
Funcionamiento basico de un motor de C.A
Marcha de un motor: Una manera es hacer que el campo magnetico del estator gire, de esta manera los polos giratorios atraerian los polos opuestos del rotor; el rotor quedaria fijo en una posicion por la atraccion y giraria con el campo
Factores que afectan la magnitud de la fuerza electromotriz inducida
La fuerza electromotriz inducida se puede expresar como :𝑒=𝐵𝑙𝑣(〖10〗^(−8) Volts x seg./linea)
𝑒=𝐵𝑙𝑣 (𝑣𝑜𝑙𝑡𝑠 𝑥 𝑠𝑒𝑔./𝑤𝑒𝑏𝑏𝑒𝑟)
Los factores que afectan la magnitud de la FEM son:
*Densidad de campo magnetico B
*Velocidad relativa entre el campo magnetico y el conductor
*Longitud activa del conductor L
*Angulo formado entre B y L y angulo formado entre B y V
En las ecuaciones anteriores, las literales representan:
*l= longitud activa del conductor en pulgadas
*B= densidad de flujo en líneas/pulg
V= velocidad lineal relativa entre el conductor y el campo( Pulg/seg)
Si tanto la densidad de flujo B como la velocidad relativa v del conductor son ambas uniformes y constantes, entonces el voltaje instantaneo e y el valor promedio E de la FEM inducida son iguales.
Las ecuaciones (1.1) y (1.2) están sujetas a varias hipótesis(restricciones, ya que en la figura 2, se supone que:
1.- El campo B tiene densidad uniforme
2.- La fuerza que se aplica para mover el campo o el conductor, o ambos, produce un movimiento relativo uniforme entre ellos
3.- El conductor, el campo y la direccion en la cual se mueve el conductor con respecto al campo, son perpendiculares entres si
En su mayor parte, para todo fin practico las maquinas se diseñan de tal forma que cumplan las dos primeras hipotesis. Aun cuando hay una variacion en la condicion de la carga, una vez que haya sucedido el cambio, se puede suponer que la nueva densidad de flujo y velocidad permaneceran constantes siempre que la condicion dada de la carga sean constante.
La forma practica para calcular el voltaje generado por una maquina rotatoria es mediante la expresión: 𝐸𝐴=𝐾∅𝜔 𝐷𝑜𝑛𝑑𝑒: 𝐸𝐴=𝑉𝑜𝑙𝑡𝑎𝑗𝑒 𝑔𝑒𝑛𝑒𝑟𝑎𝑑𝑜 𝑒𝑛 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎 𝑠𝑖𝑛𝑐𝑟𝑜𝑛𝑎 𝐾=𝐶𝑜𝑛𝑠𝑡𝑎𝑛𝑡𝑒 𝑑𝑒 𝑙𝑎 𝑚𝑎𝑞𝑢𝑖𝑛𝑎 ∅=Flujo en la maquina producido por el bobinado del rotor (C.C) 𝜔=Velocidad de rotacion de la maquina
FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA EN UNA MAQUINA ELEMENTAL DE C.A
Ley de Faraday:
"La magnitud del voltaje inducido en una espira única de conductor es proporcional a la velocidad de cambio de las lineas de fuerza que pasan a través de esa espira"
Voltaje inducido: Es el voltaje que se presenta en una espira cuando hay un movimiento relativo entre un conductor y un campo magnetico sin contacto fisico entre ellos
Ecuación de Newmann: La magnitud de una FEM generada es directamente proporcional a la rapidez de cambio de flujo E= ∅/t
Velocidad de cambio de flujo: En una maquina electrica rotatoria, ya que el cambio de flujo que enlaza a cada vuelta, durante la rotacion, tanto en la armadura como del campo, no se mide con facilidad, se mide en terminos de densidad de flujo promedio. e=BLV (10ˆ8 volts*seg/linea)
Frecuencia de una maquina sincrona: Sí la máquina tiene dos, cuatro seis u ocho polos, entonces, para una velocidad de una revolución por segundo (1 rpm/60), la frecuencia por revolución será uno, dos, tres ó cuatro ciclos por revolución respectivamente. Por lo tanto la frecuencia por revolución es igual al número de pares de polos.
Cuando el conductor se mueve en cualquier ángulo ó dirección con respecto al campo magnético, la FEM promedio se ve afectada por el seno de ese ángulo
FEM PROMEDIO GENERADA EN UN CUARTO DE REVOLUCIÓN:Para calcular la fuerza electromotriz resultante generada, es necesario encontrar primero la FEM inducida en cada conductor y en un cuarto de revolución.
Un cuarto de revolución son 90° eléctricos, en el cual el conductor se mueve desde una posición 0, donde el voltaje inducido es = 0 a una posición 2, donde el voltaje inducido tiene su valor máximo. Eprom=4Ns ∅ volts