Los motores eléctricos son un dispositivo electromecánico que convierte la energía eléctrica en energía mecánica. En base al tipo de entrada lo hemos clasificado en motores monofásicos y trifásicos.
El tipo más común de motores trifásicos son los motores síncronos y los motores de inducción. Cuando los conductores eléctricos trifásicos se colocan en determinadas posiciones geométricas (es decir, en un cierto ángulo entre sí) – se genera un campo eléctrico. El campo magnético giratorio gira a una cierta velocidad conocida como la velocidad de sincronización.
Si un electroimán está presente en este campo magnético giratorio, el electroimán se bloquea magnéticamente con este campo magnético giratorio y gira con la misma velocidad de campo giratorio.
De ahí viene el término motor síncrono, ya que la velocidad del rotor del motor es la misma que la del campo magnético giratorio.
Es un motor de velocidad fija porque sólo tiene una velocidad, que es la velocidad síncrona. Esta velocidad está sincronizada con la frecuencia de alimentación. La velocidad sincrónica viene dada por:
Donde:
- N= La velocidad sincrónica (en RPM – es decir Rotaciones por minuto)
- f = La frecuencia de alimentación (en Hz)
- p = El número de polos
Construcción del motor síncrono
Por lo general, su construcción es casi similar a la de un motor de inducción trifásico, salvo el hecho de que aquí suministramos corriente continua al rotor, cuya razón explicaremos más adelante. Ahora, repasemos primero la construcción básica de este tipo de motor. A partir de la imagen anterior, está claro cómo diseñamos este tipo de máquina. Aplicamos una alimentación trifásica al estator y una alimentación de corriente continua al rotor.
Características principales de los motores síncronos
- Los motores síncronos no son inherentemente autoarrancables. Requieren algún medio externo para acercar su velocidad a la velocidad sincrónica antes de que se sincronicen.
- La velocidad de funcionamiento de está en sincronismo con la frecuencia de suministro y por lo tanto para la frecuencia de suministro constante se comportan como motor de velocidad constante independientemente de la condición de carga
- Este motor tiene las características únicas de operar bajo cualquier factor de potencia eléctrica. Esto hace que se utilice en la mejora del factor de potencia eléctrica.
Principio de funcionamiento del motor síncrono
Los motores síncronos son una máquina doblemente excitada, es decir, se le proporcionan dos entradas eléctricas. Su devanado del estator, que consiste en un Nosotros, proporciona suministro trifásico al devanado trifásico del estator, y CC al devanado del rotor.
El devanado trifásico del estator que lleva corrientes trifásicas produce un flujo magnético giratorio trifásico. La alimentación de CC del rotor también produce un flujo constante. Considerando la frecuencia de potencia de 50 Hz, a partir de la relación anterior podemos ver que el flujo giratorio trifásico gira alrededor de 3000 revoluciones en 1 minuto o 50 revoluciones en 1 segundo.
En un instante particular los polos del rotor y del estator pueden ser de la misma polaridad (N-N o S-S) causando una fuerza repulsiva en el rotor y el siguiente instante será N-S causando una fuerza atractiva. Pero debido a la inercia del rotor, éste es incapaz de girar en cualquier dirección debido a esas fuerzas atractivas o repulsivas, y el rotor permanece en estado de reposo. Por lo tanto, un motor síncrono no es auto-arrancable.
Aquí utilizamos algunos medios mecánicos que inicialmente giran el rotor en la misma dirección que el campo magnético a la velocidad muy cerca de la velocidad síncrona. Al alcanzar la velocidad sincrónica, se produce el bloqueo magnético, y el motor síncrono sigue girando incluso después de retirar los medios mecánicos externos.
Pero debido a la inercia del rotor, éste es incapaz de girar en cualquier dirección debido a esas fuerzas de atracción o repulsión, y el rotor permanece en estado de reposo. Por lo tanto, un motor síncrono no es auto-arrancable.
Aquí utilizamos algunos medios mecánicos que inicialmente giran el rotor en la misma dirección que el campo magnético a la velocidad muy cerca de la velocidad síncrona. Al alcanzar la velocidad sincrónica, se produce el bloqueo magnético, y el motor síncrono sigue girando incluso después de retirar los medios mecánicos externos.
Métodos de arranque del motor síncrono
- Arranque del motor con un motor principal externo: Los motores síncronos están acoplados mecánicamente con otro motor. Puede ser un motor de inducción trifásico o un motor de corriente continua en derivación. En este caso, no se aplica la excitación de CC inicialmente. El motor gira a una velocidad muy cercana a su velocidad sincrónica, y luego le damos la excitación de CC. Después de algún tiempo, cuando se produce el bloqueo magnético, se corta el suministro al motor externo.
- Devanado de amortiguación En este caso, el motor síncrono es del tipo de polos salientes, se coloca un devanado adicional en la cara del polo del rotor. Inicialmente, cuando el rotor no gira, la velocidad relativa entre el devanado del amortiguador y el flujo del entrehierro giratorio es grande y se induce en él una emf que produce el par de arranque necesario. A medida que la velocidad se aproxima a la velocidad sincrónica, la emf y el par se reducen y, finalmente, cuando se produce el bloqueo magnético, el par también se reduce a cero. Por lo tanto, en este caso, el motor síncrono funciona primero como un motor de inducción trifásico utilizando un devanado adicional y, finalmente, se sincroniza con la frecuencia.
Aplicación de los motores síncronos
- El motor síncrono que no tiene carga conectada a su eje se utiliza para mejorar el factor de potencia. Debido a sus características para comportarse en cualquier factor de potencia eléctrica, se utiliza en el sistema de energía en situaciones en las que los condensadores estáticos son caros.
- El motor síncrono encuentra aplicación donde la velocidad de funcionamiento es menor (alrededor de 500 rpm) y se requiere una alta potencia. Para requisitos de potencia de 35 kW a 2500 KW, el tamaño, el peso y el coste del correspondiente motor de inducción trifásico son muy elevados. De ahí que se utilicen preferentemente estos motores. Por ejemplo, bombas alternativas, compresores, trenes de laminación, etc.