Tema VIII: La mquina sncronaUniversidad de Oviedo Dpto. de Ingeniera Elctrica, Electrnica de Computadores y Sistemas

8.1. La mquina sncrona: generalidades ILa mquina sncrona utiliza un estator constituido por un devanado trifsico distribuido a 120 idntico a la mquina asncronaEl rotor est formado por un devanado alimentado desde el exterior a travs de escobillas y anillos rozantes mediante corriente continuaEl rotor puede ser liso o de polos salientesIndustrialmente es el generador utilizado en la mayora de las centrales elctricas: turboalternadores y grandes alternadores hidrulicosComo motor se usa principalmente cuando la potencia demandada es muy elevada >1 MW

8.1. La mquina sncrona: generalidades II

Motores sncronosCatlogos comerciales

Generadores sncronos I L. Serrano: Fundamentos de mquinas elctricas rotativas L. Serrano: Fundamentos de mquinas elctricas rotativas L. Serrano: Fundamentos de mquinas elctricas rotativas

Generadores sncronos II L. Serrano: Fundamentos de mquinas elctricas rotativas Mulukutla S. Sarma: Electric machines

Corte transversal de una central hidrulicaRotor Mulukutla S. Sarma: Electric machines

ESTATOR= Devanado trifsicodistribuido alimentado con unsistema trifsico de tensionesROTOR= Devanado alimentadocon corriente continua que creaun campo magntico fijoCAMPO MAGNTICO GIRATORIOINTERACCIN ROTOR - ESTATORPAR MOTOR Y GIRO DE LA MQUINA8.2. Principio de funcionamien-to: motorControlando la excitacin (tensin de alimentacin del rotor) se consigue que la mquina trabaje con cualquier factor de potencia: PUEDE ABSORBER O CEDER Q

ESTATOR= Devanado trifsicodistribuido conectado a la cargao red que se desea alimentarROTOR= Devanado alimentadocon corriente continua que creaun campo magntico fijo. Sehace girar por un medio externoTRANSFORMACIN DE ENERGA MECNICA EN ENERGA ELCTRICA8.3. Principio de funcionamien-to: generadorPara conectar el generador a una red es necesario que gire a la velocidad de sincronismo correspondiente a la frecuencia de dicha redControlando la excitacin (tensin de alimentacin del rotor) se consigue que la mquina trabaje con cualquier factor de potencia: PUEDE ABSORBER O CEDER QEl campo creado por el rotor, al girar, induce FEM en el estator y, por tanto, hace circular corriente por la carga

8.4. Circuito equivalente (por fase) de la mquina sncronaLa FEM E es proporcional a la corriente de excitacin del rotor. En fun-cionamiento como generador representa a la tensin que se induce en el estator y en funcionamiento como motor a la fuerza contraelectro-motriz que es necesario vencer para que circule la corriente que alimenta al motorReactancia sncrona= reactancia dispersin estator+efecto de reaccin de inducidoReactancia sncronaResistencia estator

8.5. El generador sncrono en vacoCuando el generador trabaja en vaco no hay cada de tensin: la tensin de salida coincide con la FEM E

8.6. El generador sncrono en carga: reaccin de inducido ICuando el alternador trabaja en vaco el nico flujo existente es el producido por la corriente continua de excitacin del rotorEl flujo total de la mquina se ver disminuido o aumentado dependiendo que la carga sea inductiva o capacitivaCuando suministra corriente a una carga, dicha corriente produce un campo magntico giratorio al circular por los devanados del estator. Este campo produce un par opuesto al de giro de la mquina, que es necesario contrarrestar mediante la aportacin exterior de potencia mecnica. A este efecto creado por el campo del estator se le conoce con el nombre de reaccin de inducido

8.6. El generador sncrono en carga IIPARA UNA MISMA TENSIN DE SALIDA EL GENERADOR PUEDE CEDER O ABSORBER POTENCIA REACTIVA DEPENDIENDO DE QUE LA CARGA SEA INDUCTIVA O CAPACITIVAPara conseguirlo basta modificar el valor de la E (modificando el campo de excitacin)

8.6.1. El generador sncrono en carga: funcionamiento aisladoLa tensin de alimentacin puede variarEl factor de potencia de la carga es fijoAumento en la excitacinAumento en la tensin de salidaAumento en potencia mecnicaAumento en la velocidad de giroAumento en la frecuencia

8.6.1. El generador sncrono en carga: conexin a red de P. infinitaLa tensin de alimentacin EST FIJADA POR LA REDLa frecuencia EST FIJADA POR LA REDAumento en la excitacinAumento en la POTENCIA REACTIVA ENTREGADAAumento en potencia mecnicaAumento de la POTENCIA ACTIVA ENTREGADA

LA TENSIN U EST FIJADA POR LA REDNORMALAUMENTO CORRIENTEAUMENTO DEL NGULO AUMENTO DE LA POTENCIA REACTIVA SUMINISTRADAREDUCCIN DE LA POTENCIA REACTIVA SUMINISTRADA

8.7. Variacin de la velocidad en los motores sncronosMotores gran potenciaINVERSORESCICLOCONVERTIDORESMotores baja potenciaUTILIZACIN DEEQUIPOS ELECTRNICOS APLICACIONES DE ELEVA-DA POTENCIA (>1 MW): GRANDES MQUINAS (Soplantes, compresores, etc.) Y PROPULSIN ELCTRICA BUQUES

Cicloconvertidor fabricado por ABB para el control de motores sncronos de hasta 14 MWCicloconvertidores

8.8. Funcionamiento del cicloconvertidorSISTEMA DE TENSIONES TRIFSICO QUE ALIMENTA AL CICLOCONVERTIDOR(Frecuencia de red y amplitud constante)

M/S FANTASYPlanta generadoraMotorestransversalesPlanta generadora: 4 Generadores sncronos de 10,3 MVA 2 Generadores sncronos de 6,8 MVA Tensin=6,6 kVMotores: Sncronos de doble devanado controlados con cicloconvertidores 2 Motores principales de 14 MW refrigerados por agua 6 Motores transversales de 1,5 MWTipo de propulsin: Diesel-elctrica 4 Motores principales 2 Motores auxiliares Hlices de paso variableMotorestransversalesPROPULSIN ELCTRICACatlogos comerciales