Clase de máquinas síncronas. Maquinas eléctricas.

Summary

El script presenta un análisis detallado de las máquinas eléctricas síncronas, destacando su amplia aplicación como generadores en la producción de energía eléctrica. Estas máquinas rotativas, conocidas por su rotor que gira a la misma velocidad que el campo giratorio generado en el estator, son ideales para grandes centrales eléctricas y propulsión naval. Se discuten sus características principales, tipos de rotores, y su funcionamiento tanto como generadores como motores. Se explica cómo la frecuencia y tensión de la energía eléctrica generada dependen de la velocidad de rotación y el control de la corriente de excitación. Además, se mencionan sus ventajas y limitaciones, como la capacidad de controlar el factor de potencia y la necesidad de una excitación continua.

Takeaways

• 😀 Las máquinas síncronas son ampliamente utilizadas como generadores en la producción de energía eléctrica, especialmente en grandes centrales térmicas.
• 🚀 También se encuentran en grupos electrógenos y como alternadores en vehículos, debido a su capacidad de funcionar tanto como motores como generadores.
• 🌀 El rotor de una máquina síncrona gira a la misma velocidad que el campo giratorio generado en el estator, manteniendo siempre un deslizamiento de cero.
• 🔧 Existen dos tipos de rotores: los de polos salientes, utilizados en centrales hidráulicas de baja velocidad, y los de polos lisos, empleados en centrales térmicas y nucleares de alta velocidad.
• 🌐 El estator de una máquina síncrona es similar al de otras máquinas rotativas de alternadores, con tres bobinas trifásicas.
• 🔌 Las aplicaciones principales de las máquinas síncronas incluyen su funcionamiento como generadores eléctricos, acoplados a máquinas asíncronas o turbinas para alcanzar la velocidad de sincronismo.
• 🔄 La frecuencia de la tensión generada por una máquina síncrona depende directamente de la velocidad de rotación, lo que requiere un control preciso de la velocidad para mantener una frecuencia y tensión constantes.
• 🔧 Las máquinas síncronas también pueden funcionar como motores, pero no pueden arrancar por sí solas y necesitan ayuda externa para iniciar.
• ⚙️ El rendimiento de una máquina síncrona se ve afectado por las pérdidas mecánicas y eléctricas, y su eficiencia se mide como la relación entre la potencia generada y las pérdidas totales.
• 🔗 El factor de potencia de las máquinas síncronas puede variar según sea requerido, y su potencia eléctrica varía linealmente con la tensión.
• 🚫 Los inconvenientes incluyen la necesidad de una excitación de corriente continua, lo que conlleva mantenimiento adicional, y la incapacidad para arrancar por sí solas sin ayuda externa.

Q & A

¿Qué tipo de máquina eléctrica se discute en el guion?

Se discute la máquina eléctrica síncrona, que se utiliza comúnmente como generador en centros de producción de energía eléctrica.

¿Dónde se encuentran las máquinas síncronas en el ámbito de la energía eléctrica?

Se encuentran en grandes centrales térmicas, grupos electrógenos y también como alternadores en vehículos.

¿Qué características definen a una máquina síncrona?

Una máquina síncrona se define por su rotor que gira a la misma velocidad que el campo giratorio generado en el estator, manteniendo siempre un deslizamiento de cero.

¿Qué tipos de devanados tiene una máquina síncrona?

Una máquina síncrona tiene dos devanados principales: el inductor, que crea el campo magnético y está en el rotor, y el devanado donde se induce la tensión alterna.

¿Cómo se alimenta el rotor de una máquina síncrona?

El rotor se alimenta mediante corriente continua desde el exterior a través de escobillas y anillos rozantes.

¿Qué tipos de rotores se encuentran en las máquinas síncronas?

Se encuentran rotores de polos salientes, utilizados principalmente en centrales hidráulicas de baja velocidad, y rotores de polos lisos, utilizados en centrales térmicas y nucleares que giran a alta velocidad.

¿Cómo es el estator de una máquina síncrona?

El estator de una máquina síncrona es igual que el de cualquier otra máquina rotativa de alterna, con tres bobinas trifásicas.

¿Para qué se usa principalmente una máquina síncrona?

La principal aplicación de las máquinas síncronas es como generadores eléctricos.

¿Cómo se puede controlar la potencia reactiva en una máquina síncrona?

Se puede controlar la potencia reactiva ajustando la corriente de excitación del rotor, lo que permite regular la potencia reactiva de la red a la que está conectada.

¿Qué sucede si la potencia mecánica aplicada a una máquina síncrona rebasa la potencia eléctrica que puede generar?

Si la potencia mecánica aplicada rebasa la máxima potencia eléctrica que la máquina puede generar, la potencia eléctrica que la máquina entrega a la red disminuirá y comenzará a acelerarse hasta perder el sincronismo.

¿Cómo pueden arrancar los motores síncronos si no tienen par en el arranque?

Los motores síncronos pueden arrancar a través de un motor externo, reduciendo la frecuencia de la tensión eléctrica para usar velocidades de arranque inferiores, o utilizando devanados de amortiguación.

¿Cuáles son las ventajas de utilizar máquinas síncronas?

Las ventajas incluyen la capacidad de variar el factor de potencia según sea requerido, una velocidad constante independientemente de la carga y una potencia que varía linealmente con la tensión.

¿Qué desventajas presenta el uso de máquinas síncronas?

Las desventajas incluyen la incapacidad para usarlas en aplicaciones que requieran una velocidad variable a menos que se acoplen un variador de frecuencia, el mantenimiento requerido por los anillos rozantes y escobillas debido a la excitación de corriente continua, y la incapacidad para arrancar solas.

Outlines

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🔌 Máquinas Eléctricas Sincronas y su Aplicación

El primer párrafo introduce el tema de las máquinas eléctricas síncronas, destacando su importancia y aplicación principal como generadores en centros de producción de energía eléctrica. Se menciona su uso en grandes centrales térmicas, grupos electrógenos y en vehículos como alternadores. Estas máquinas rotativas eléctricas pueden funcionar tanto como motores como generadores, con una característica principal de su rotor girando a la misma velocidad que el campo magnético generado en el estator. Se describen los dos tipos de rotores: de polos salientes y de polos lisos, y se explica cómo su estator se asemeja al de otras máquinas rotativas de alternadores trifásicos. La función principal de las máquinas síncronas es la de generadores eléctricos, donde se acoplan a una máquina asincrona y se alimenta con corriente continua para crear un campo giratorio que induce tensiones en el estator.

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🔄 Control de Frecuencia y Funcionamiento como Motor

Este párrafo se enfoca en cómo la frecuencia de la tensión generada en una máquina síncrona depende directamente de su velocidad de rotación, lo que requiere un control preciso para mantener una frecuencia y tensión constantes. También se discute el funcionamiento de las máquinas síncronas como motores, donde se puede ajustar la corriente de excitación del rotor para absorber potencia de la red y mantener la velocidad de sincronismo. Se menciona la limitación de que las máquinas síncronas no pueden arrancar por sí solas y requieren ayuda externa para iniciar su movimiento. Además, se explora el concepto de 'condensador síncrono', que permite regular la potencia reactiva en la red y solo consume energía activa para las pérdidas mecánicas.

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🛠 Arranque y Control de Máquinas Sincronas como Motores

El tercer párrafo aborda el problema del arranque de los motores síncronos, que no pueden hacerlo por sí mismos debido a que el par en el arranque es nulo. Para solucionar esto, se sugieren tres métodos: usar un motor externo para acelerar el motor síncrono hasta la velocidad de sincronismo, reducir la frecuencia de la tensión eléctrica para permitir un arranque a velocidades más bajas, o utilizar devanados de amortiguación. También se discute el circuito equivalente de una máquina asíncrona, partiendo de la expresión de la fem inducida y considerando la dependencia del flujo magnético y la frecuencia de las tensiones inducidas en el estator. Se describen las pérdidas internas y cómo la tensión en bornas puede ser diferente a la tensión interna de la máquina.

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📈 Análisis de Potencia y Rendimiento de Máquinas Sincronas

Este párrafo se centra en el análisis de potencia y rendimiento de las máquinas síncronas. Se describe cómo la potencia activa del generador varía únicamente con el seno del ángulo de potencia y cómo se pueden dar diferentes casos de potencia reactiva, dependiendo de la relación entre la tensión suministrada y el producto de la tensión por el coseno del ángulo de potencia. Se discuten los efectos de la potencia reactiva en la red, ya sea como un condensador (sobreexcitado) o como un inductor (subexcitado). Además, se calcula el rendimiento del generador síncrono, teniendo en cuenta las pérdidas variables y fijas, y se relaciona la potencia mecánica de entrada con la potencia eléctrica interna y el par desarrollado por la máquina.

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🔧 Ventajas e Inconvenientes de las Máquinas Sincronas

El último párrafo resume las ventajas e inconvenientes de las máquinas síncronas. Entre las ventajas, se destaca la capacidad de variar el factor de potencia según sea requerido, la constante velocidad independientemente de la carga y una potencia que varía linealmente con la tensión. En cuanto a los inconvenientes, se menciona que no pueden ser utilizadas en aplicaciones que requieran una velocidad variable a menos que se acoplen con un variador de frecuencia, requieren excitación de corriente continua lo que implica mantenimiento adicional con anillos rozantes y escobillas, y no pueden arrancar por sí solas.

Keywords

💡Máquinas eléctricas

Las máquinas eléctricas son dispositivos que convierten energía eléctrica en movimiento mecánico o viceversa. En el video, se centra en un tipo específico de máquina eléctrica, la máquina síncrona, que se utiliza ampliamente como generador en centros de producción de energía eléctrica, como en grandes centrales térmicas y en propulsión naval.

💡Velocidad de sincronismo

La velocidad de sincronismo es la velocidad a la que debe girar un rotor para mantener sincronía con el campo magnético generado por el estator. Es una característica clave de las máquinas síncronas, ya que su rotor gira a la misma velocidad que el campo giratorio, lo que significa que el deslizamiento es siempre cero.

💡Rotor

El rotor es la parte móvil de una máquina eléctrica que, en el caso de las máquinas síncronas, gira a la misma velocidad que el campo magnético. El rotor puede ser de polos salientes o de polos lisos, dependiendo de la aplicación, y se excita mediante corriente continua a través de escobillas y anillos rozantes.

💡Estator

El estator es la parte fija de una máquina eléctrica que genera el campo magnético estático. En el contexto del video, el estator tiene bobinas trifásicas que, cuando se suministra con corriente eléctrica, generan un campo magnético giratorio que interactúa con el rotor.

💡Máquina síncrona

La máquina síncrona es un tipo de máquina eléctrica que se caracteriza por su rotor girando a la misma velocidad que el campo magnético del estator. Se utiliza comúnmente como generador eléctrico en centrales de energía y también puede funcionar como motor, pero requiere ayuda externa para arrancar.

💡Generador

Un generador es un dispositivo que convierte energía mecánica en energía eléctrica. En el video, se menciona que las máquinas síncronas se utilizan comúnmente como generadores en centrales eléctricas, donde se acoplan a una turbina para generar electricidad a una red eléctrica.

💡Motor

Un motor es un dispositivo que convierte energía eléctrica en movimiento mecánico. Aunque las máquinas síncronas no pueden arrancar por sí solas, el video describe cómo pueden funcionar como motores si se transforman en par resistente y se absorbe una determinada potencia de la red eléctrica.

💡Campo magnético giratorio

El campo magnético giratorio es un campo magnético que se genera en el estator de una máquina eléctrica trifásica y que gira a una velocidad constante. En las máquinas síncronas, el rotor gira a la misma velocidad que este campo, lo que permite la sincronía y la generación de energía eléctrica.

💡Potencia reactiva

La potencia reactiva es una parte de la carga eléctrica que no realiza trabajo real, sino que es necesaria para mantener los campos magnéticos en los motores y generadores. El video menciona que en el modo de funcionamiento del condensador síncrono, la máquina síncrona puede regular la potencia reactiva de la red.

💡Excitación del rotor

La excitación del rotor se refiere a la alimentación de corriente continua al rotor de una máquina síncrona para crear un campo magnético. El video destaca que ajustar la corriente de excitación permite controlar la potencia reactiva y, en algunos casos, la tensión en bornes del estator.

💡Arranque de motores síncronos

Los motores síncronos no pueden arrancar por sí mismos debido a que el par resultante entre el campo del rotor y el campo del estator es nulo cuando el rotor está parado. El video describe tres métodos para arrancar estos motores, incluyendo el uso de un motor externo, la reducción de la frecuencia de la tensión eléctrica o el uso de devanados de amortiguación.

Highlights

Máquinas eléctricas síncronas son ampliamente utilizadas como generadores en centros de producción de energía eléctrica.

Se encuentran en grandes centrales térmicas y también en vehículos como el alternador.

Las máquinas síncronas pueden funcionar tanto como generadores como motores.

El rotor de una máquina síncrona gira a la misma velocidad que el campo giratorio generado en el estator.

El deslizamiento de la máquina síncrona es siempre cero, manteniendo una velocidad de giro constante.

Existen dos tipos de rotores: con polos salientes y polos lisos, dependiendo de la aplicación y velocidad.

El estator de una máquina síncrona es similar al de otras máquinas rotativas trifásicas.

Las máquinas síncronas se utilizan principalmente como generadores eléctricos.

Para funcionar como generador, se acopla una máquina asíncrona y se suministra corriente continua al rotor.

La frecuencia de la tensión generada por una máquina síncrona depende directamente de la velocidad de rotación.

Las máquinas síncronas también pueden funcionar como motores, pero requieren ayuda externa para arrancar.

Existen métodos para arrancar motores síncronos, como el uso de un motor externo o la reducción de la frecuencia eléctrica.

La variante de funcionamiento del condensador síncrono permite regular la potencia reactiva de la red.

El flujo magnético en una máquina asíncrona es proporcional a la corriente de excitación.

El generador síncrono puede funcionar como generador aislado o acoplado a una red más grande.

El rendimiento de una máquina síncrona se ve afectado por las pérdidas mecánicas y eléctricas.

Las máquinas síncronas tienen ventajas como la capacidad de variar el factor de potencia y una velocidad constante.

Los inconvenientes incluyen la necesidad de una excitación de corriente continua y la incapacidad para arrancar solas.

Transcripts

Hola presentamos aquí un capítulo más

del tema de máquinas eléctricas

concretamente hoy vamos a ver las

máquinas

sncr este tipo de máquina está muy

extendida especialmente en su uso como

generador en centros de producción de

energía eléctrica se emplea por ejemplo

en grandes centrales térmicas de todo

tipo también lo podemos encontrar en

grupos electrógenos y por ejemplo

también lo encontramos como alternador

en en en vehículos como como motor

puesto que esta máquina es una máquina

eléctrica rotativa y también puede

funcionar como motor lo encontramos en

diversas aplicaciones industriales y

especialmente en una que es la

propulsión naval en lo que se denominan

los los pots o o aci poots la

característica principal de esta máquina

Es que su rotor eh gira a la misma

velocidad que eh la velocidad de

sincronismo es es decir el rotor está

girando a la misma velocidad que el

campo giratorio que se genera en el

estato Esto vale siempre para cualquier

tipo de carga desde carga nominal hasta

el vacío por tanto su deslizamiento es

siempre cero la velocidad de giro por

tanto es la velocidad

síncrona o sea 60 por F partido por el

número de Par de

polos este tipo de máquinas tiene dos

devanados en primer lugar un devanado

denominado inductor que es el que crea

el campo magnético y suele estar en el

rotor es un devanado que está excitado

mediante corriente continua y se

alimenta desde el exterior a través de

escobillas y de anillos rozantes el

devanado en el que se induce la tensión

alterna o o con el que se alimenta una

tensión alterna suele ser siempre

trifásico y se denomina

inducido en estas máquinas podemos

encontrar dos tipos de rotores el primer

tipo es el rotor de polos salientes que

podemos encontrar en máquinas que se

utilizan principalmente centrales

hidráulicas que giran a Baja velocidad y

tienen un elevado número de polos

precisamente si estos polos tienen un

gran momento de Inercia pues es

conveniente que la velocidad de la

máquina sea sea

lenta el otro tipo de rotor es el de

polos lisos que se más en centrales

térmicas y nucleares Generalmente

acoplados a turbinas que giran a alta

velocidad en este caso el el rotor es un

rotor totalmente liso para eh mitigar

precisamente el efecto de del momento de

Inercia el stator de estas máquinas es

Exactamente igual al de cualquier otra

máquina rotativa de alterna es decir

suelen ser tres bobinas una por cada

fase

conformando un devanado

trifásico la principal aplicación de las

máquinas síncronas es la de

funcionamiento como generador eléctrico

para este tipo de funcionamiento lo que

se hace es acoplar a a la máquina

asíncrona pues una máquina motriz

externa o un por ejemplo una turbina que

hace girar a la máquina hasta la

velocidad de sincronismo eh además se

suministra al

una corriente continua y esta corriente

continua Pues creará un campo giratorio

que gira a la misma velocidad que el

rotor desde el punto de vista de una

bobina que se sitúe en el estator esta

bobina se verá atravesada por un campo

magnético o por un flujo magnético que

varía en el tiempo y Por tanto se

inducirá en ellas unas corrientes eh fem

alternas el valor de estas fems como

veremos más adelante es proporcional a

la intensidad de excitación y además eh

tiene o tendrá una frecuencia que es

proporcional al número de polos del

inductor y a la velocidad de giro de la

máquina en las máquinas asíncronas

habíamos visto que a partir de un juego

de corrientes trifásicas Y gracias al

teorema de Ferraris éramos capaces de

generar un campo magnético giratorio que

giraba precisamente a la velocidad de

sincronismo bien en el caso de máquina

síncronas vamos a usar esta este mismo

teorema esta misma propiedad pero a la

inversa es decir como tenemos un campo

que es giratorio porque lo está

provocando el rotor en su giro eh el en

el devanado estatóricas

trifásicas Una vez que se creen estas

corrientes trifásicas eh la máquina

puede conectarse a una red externa

aportando por potencia eléctrica a

expensas precisamente de esa potencia

mecánica que se aplica a su

eje puesto que la frecuencia de la

tensión generada depende directamente de

la velocidad de rotación porque estamos

siempre a velocidad de sincronismo eh se

requiere siempre un control preciso de

la velocidad eh de giro para suministrar

siempre una frecuencia y una tensión

constante a la

red la máquina síncrona también puede

funcionar como como motor si el par

motor se transforma en par resistente la

máquina absorberá de la red una

determinada potencia y pasará a

funcionar como motor manteniendo la

velocidad que ya tenía la velocidad de

sincronismo en el caso de que el par

resistente en el eje aumentase tanto que

la potencia del motor rebasas el punto

de estabilidad la máquina saldría del

sincronismo y terminaría por

detenerse cuando está detenida ni el

campo giratorio producido por las

corrientes del estator ni el campo fijo

del rotor serían capaces de crear un par

de arranques suficiente por lo que el

motor permanecería parado Esta es una de

las limitaciones que tienen las máquinas

síncronas funcionando como motor y es

que no pueden arrancar por sí solas

necesitando ayuda

externa existe una variante de

funcionamiento cuando la máquina está

funcionando como motor en la que puede

ajustarse la corriente de excitación del

rotor para que la corriente absorbida

Por el estator tenga una componente

capacitiva grande este modo de

funcionamiento se denomina condensador

síncrono y mediante este modo somos

capaces de regular La potencia reactiva

de la red a la que estamos conectados en

este modo de funcionamiento la máquina

solamente consume la energía activa

correspondiente a las pérdidas mecánicas

Y es capaz de generar o de absorber

potencia

reactiva en una máquina asíncrona

el flujo magnético que produce el rotor

es proporcional a la corriente de

excitación y por tanto la fem eh que se

induce en el estator en las bobinas del

estator que vendrá dada por la expresión

que tieneen delante eh tendrá un

comportamiento más o menos lineal es

decir a mayor corriente de excitación

mayor fem inducida pero observando que

hay una dependencia con la frecuencia

cuando el generador trabaja en vacío no

no hay cida de tensión interna y por

tanto la tensión de salida la tensión en

bornes coincide precisamente con la fem

inducida el generador síncrono puede

funcionar como

eh generador aislado es decir

alimentando una determinada carga de

forma

independiente en este caso si aumentamos

la potencia mecánica Como por ejemplo

cuando aumenta el flujo de vapor de una

turbina se incrementará la velocidad de

giro del rotor y por tanto como hemos

visto en la transparencia anterior

también la frecuencia y la fem inducida

bien estas nuevas condiciones hay que

corregirlas por un lado controlando la

velocidad a través de un de un regulador

eh que regule la potencia mecánica en el

eje y por otro lado ese exceso de

tensión eh También hay que regularlo

mediante la corriente de excitación del

rotor Además del funcionamiento como

generador aislado la máquina síncrona

también puede funcionar como generador

acoplado a una red más grande esta red

que se denomina infinita puesto que en

ella actúan otros generadores es la que

impone la tensión de alimentación y la

frecuencia Por tanto la eh máquina

solamente Eh puede inyectar Potencia de

la red si aumenta el par de

accionamiento y por tanto la potencia

mecánica inyectada en el eje la

velocidad eh permanecerá prácticamente

constante y se incrementará Por tanto la

potencia eléctrica que la máquina

entrega la red para tratar de mantener

esta condición de equilibrio esta

situación se mantendrá así hasta que la

máquina alcance un punto determinado

denominado el punto crítico que

corresponde con la potencia máxima que

la máquina es capaz de generar si en el

eje mecánico se entre todavía más

potencia que la máxima potencia

eléctrica que la máquina puede generar

se reducirá la potencia eléctrica que la

máquina genera y empezará a acelerarse

hasta que pierda el sincronismo con la

red funcionando en el régimen anterior

podemos controlar el nivel de potencia

reactiva que entregamos o consumimos de

la red Sencillamente para eso lo único

que hacemos Es ajustar la corriente de

excitación de

rotor mediante esta corriente de

excitación del rotor también es posible

controlar la tensión en bornes del

stator de la máquina cuando se controla

el nivel de reactiva o bien la tensión

de la máquina el sistema de control lo

que hace es mantener esa potencia

reactiva o esa tensión dentro de unos

límites cercanos a una referencia que

nosotros

marcamos para hacer que la máquina

asíncrona funcione como motor es

necesario alimentar el estator mediante

un juego de tensiones trifásicas estas

tensiones por el teorema de Ferraris

producirán un campo magnético giratorio

este campo va a producir a su vez un par

en el rotor si este está alimentado con

una corriente continua de forma que el

rotor se va a alinear con el campo

giratorio y va a girar a la misma

velocidad que este

campo sin embargo los motores síncronos

tienen un problema importante y es que

El par en el arranque es nulo Es decir

si el rotor está parado aunque se

encuentren alimentados tanto por el

rotor como por el estator eh No van a

empezar a girar

eh la explicación de esto es que el

campo del rotor se encuentra fijo en el

espacio Mientras que el campo del

estator gira a velocidad de sincronismo

El par resultante entre ambos Campos eh

va a cambiar alternativamente de sentido

siendo nulo a lo largo de un periodo

completo en estas condiciones el rotor

no puede arrancar ya que el par medio es

nulo esto evidentemente se puede

resolver la forma de arrancar este tipo

de de motores es llevarlos a velocidad

de sincronismo mediante algún medio

externo y luego eh acoplar la carga al

motor Existen tres métodos básicos para

poder arrancar estos motores en primer

lugar podemos utilizar un motor eh

externo para acelerar el motor síncrono

hasta llevarlo a velocidades sincronismo

entonces una vez que ha alcanzado esa

velocidad ya podemos desconectar ese

motor externo y la máquina síncrona eh

funcionará en modo motor un segundo

método es

eh aprovecharse de la propiedad de que

la velocidad de sincronismo es 60 por F

partido por el número de Par de polos y

reducir la frecuencia de la tensión

eléctrica para entonces utilizar eh

velocidades de arranque eh Muy

inferiores de esta forma si reducimos la

velocidad de rotación del campo

magnético del estator el rotor puede

acelerar y enlazarse con esta velocidad

de rotación eh del campo magnético el

tercer método es utilizar devanados de

amortiguación vamos a tratar de deducir

Cuál es el circuito equivalente de una

máquina asíncrona para ello partimos de

la expresión de la fem inducida en una

fase del generador síncrono y vemos en

esa expresión que depende directamente

del flujo magnético por cada Polo y de

la frecuencia de las tensiones que se

inducen en el

estato esta frecuencia es precisamente

proporcional a la velocidad de

sincronismo o velocidad de giro del

rotor y el flujo por Polo depende de la

corriente de excitación que nosotros

apliquemos al rotor la tensión en bornes

del generador no es exactamente la

tensión interna de la máquina

precisamente por las pérdidas internas

puede ocurrir que esta tensión en borna

sea más alta que la generada cuando el

factor de potencia está en adelanto para

factores de potencia iguales a la unidad

o en atraso la tensión en terminales es

menor que la tensión

generada el circuito equivalente por

fase es el mostrado en la

figura ahí podemos ver la imp

síncrona definida como la resistencia

asíncrona más J por la reactancia

asíncrona la resistencia síncrona no es

más que la resistencia del rotor de la

máquina y la impedancia asíncrona eh

Perdón la reactancia asíncrona incluye

la reactancia de magnetización y la de

dispersión podemos establecer por tanto

esa ecuación para el circuito

equivalente y puesto que la resistencia

asíncrona es muy pequeña comparada con

la reactancia se suele hacer la

aproximación eh que ven en la pantalla

Existen dos factores por tanto que

provocan la diferencia entre la fem

interna de la máquina y la tensión en

bornas de la máquina que son la caída de

tensión en la resistencia del rotor y la

caída de tensión por la reactancia de

dispersión del

rotor si acoplamos al generador un

determinado consumo una determinada

carga tendremos el circuito de la figura

y asociado a esta a este circuito

tendremos un diagrama

fasorial si nosotros cogemos la tensión

en la carga como origen de fasores eh

vemos que hay un determinado desfase eh

fi entre tensión y corriente y por otro

lado también existe otro ángulo de

desfase entre la fem interna y la

tensión en bornes de la máquina que está

provocado precisamente por la asíncrona

bien este ángulo se denomina ángulo de

potencia vemos también que la potencia

suministrada por el generador a esa

carga es igual a V por I

conjugado una vez calculada la potencia

aparente podemos separarla como potencia

activa por fase y potencia reactiva por

fase cuando un generador síncrono

trabaja a velocidad constante con una

corriente de excitación de rotor también

constante

la reactancia asíncrona y la fem

inducida son también constantes V que es

la tensión en bornes del generador se

suele mantener también constante por lo

que la potencia activa del generador

varía Únicamente con el seno del ángulo

de

potencia si dibujamos este seno de Delta

obtenemos la figura que tienen delante

la máxima potencia activa que el

generador puede entregar se tiene en el

instante en el que el ángulo de potencia

vale 90 gr lo que representaría el

límite de estabilidad de la máquina si

ese ángulo sigue aumentando la potencia

activa en vez de aumentar disminuye y el

generador perdería el

sincronismo si analizamos la potencia

reactiva pueden darse tres casos el

primer caso es que el producto de e por

coseno de Delta sea mayor que la tensión

suministrada en cuyo caso la potencia

reactiva sería mayor que Cero en este

caso el generador produce una potencia

reactiva y por tanto actúa desde el

punto de vista de la red como si fuese

un condensador se dice en este caso que

opera sobre excitado y la carga que

sirve el generador es inductiva Por

tanto se entrega potencia reactiva a la

red en el caso en el que e por coseno de

Delta sea menor que cer la potencia

reactiva es negativa eh esto significa

que el generador consume potencia

reactiva desde la red y la máquina

trabaja sub excitada la corriente en

este caso adelanta a la tensión y la

carga servida por el generador es de

tipo capacitivo es decir actuamos como

un inductor absorbiendo potencia

reactiva que produce la carga cuando el

ángulo de de carga es igual a cer0 es un

caso especial en el que la potencia

activa es cero y se pueden dar dos

situaciones

eh primero que la tensión e sea mayor

que V en cuyo caso estamos ante un

condensador síncrono y que la tensión e

sea menor que v y en este caso estamos

en un inductor

síncrono en esta transparencia veremos

el balance de potencia y rendimiento de

la máquina por un lado la potencia que

genera una máquina asíncrona trifásica

es tres veces la tensión de fase por la

corriente de fase por el coseno de fi eh

tenemos unas pérdidas en el cobre del

rotor eh Por disipación

eh Y por otro lado tenemos una potencia

consumida en el devanado del rotor que

al ser de continua es igual a la tensión

de excitación por la corriente de

excitación además tenemos unas pérdidas

mecánicas por rotación debidas a la

fricción y a la ventilación en la

máquina el rendimiento por tanto del

generador síncrono

será la potencia generada partido por la

potencia generada más las pérdidas

variables y las pérdidas fijas Como

pérdidas fijas tenemos precisamente La

potencia de excitación del rotor y las

pérdidas mecánicas y como pérdidas

variables pues tenemos solamente las

pérdidas en el en el cobre y ahí tiene

la expresión de rendimiento de la

máquina la potencia mecánica de entrada

es la potencia el eje del generador si

no tenemos en cuenta las posibles

pérdidas mecánicas si el eje Gira a una

velocidad eh angular Omega sub s

relacionada con la velocidad de

sincronismo la potencia eléctrica

interna será igual a la potencia

mecánica en el eje del generador y

tendrá la expresión que ven ahí delante

por tanto el par eh vendrá dado por esa

otra expresión y vemos que es función

del ángulo de carga en el caso de tener

un impulsor acoplado a la máquina como

cualquier otra máquina eléctrica

rotativa El par desarrollado se opone al

par aplicado por la máquina impulsora y

en el caso de tener un motor será

directamente El par

desarrollado las máquinas síncronas

presentan algunas ventajas entre ellas

que el factor de potencia puede variarse

según sea requerido también que la

velocidad es constante con independencia

de la condición de carga y que su

potencia varía linealmente con la

tensión como inconvenientes no pueden

usarse en aplicaciones en las que se

requiera una velocidad variable a no ser

que se les acople un variador de

frecuencia y por otro lado requieren una

excitación de corriente continua con lo

cual hay que poner anillos rozantes y

escobillas con el consiguiente

mantenimiento Y además no pueden

arrancar solas