Maquinas Sincronas y Asincronas Investigacion

 

TECNOLÓGICO NACIONAL DE MÉXICO Instituto Insti tuto Tecnol Tecnoló ó ico de Lázaro Cárden Cárdenas as

INSTITUTO TECNOLÓGICO DE LÁZARO CÁRDENAS INGENIERIA ELECTROMECANICA GRUPO 71E ASIGNATURA: CONTROLES ELECTRICOS MAQUINAS SÍNCRONAS Y ASÍNCRONAS ALUMNO: ZULUAGA FIGUEROA CUAUHTEMOC DOCENTE: ING. MUNGUIA TAPIA JOSE ENRIQUE

FECHA DE ENTREGA: 08/12/2020

Av. Melchor Ocampo # 2555, Col. Cuarto Sector, C.P. 60950, Cd. Lázaro Cárdenas, Michoacán, Teléfono (753) 53 7 19 77, 53 2 10 40, 53 7 53 91, 53 7 53 92 Dirección Ext. 109, Fax. 108

 

Contenido

1.- Máquinas Síncronas........... Síncronas................... ................. .................. .................. .................. ................. ................. ..................................2 .........................2 1.1. Construcción........ Construcción................. .................. .................. ................. ................. .................. .................. .................. ...............................2 ......................2 1.2. Caract Característ erísticas icas operat operativas.. ivas...... ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ........... ........... ...........4 .....4 1.3. Arranqu Arranque e del maquin maquina a síncron síncrona.... a........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ ........ .......... ............ ........... ........... ............ ........6 ..6 2.- Máquinas Asíncronas........... Asíncronas.................... ................. ................. .................. .................. .................. ........................................7 ...............................7 2.1. Construcción.......... Construcción................... .................. ................. ................. .................. .................. .................. ................. ................. ........................7 ...............7 2.2. Características operativas.......... operativas................... .................. .................. .................. ................. ......................... .............................7 ............7 2.3. Pruebas comunes de mantenimiento......... mantenimiento.................. ................. ................. .................. .................... ......................8 ...........8

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1.- Máquinas Síncronas Una máqui máquina na síncron síncrona a o sincrón sincrónica ica es una maquin maquina a eléctr eléctrica ica rotati rotativa va de corrie corriente nte alte altern rna a cuya cuya velo veloci cida dad d de ro rota taci ción ón del del eje eje y la fr frec ecue uenc ncia ia eléc eléctr tric ica a está están n sincronizadas y son mutuamente dependientes. La máquina puede operar tanto como como moto motorr o como como gene genera rado dor. r. Co Como mo moto motorr sínc síncro rono no conv convie iert rte e la en ener ergí gía a el eléc éctr tric ica a en ene energ rgía ía me mecá cáni nica ca,, la ve velo loci cidad dad de ro rota taci ción ón del eje eje dep depend ende e de la frecuencia de la red eléctrica a la que se encuentra conectado, o bien convierte energía mecánica en energía eléctrica. En este caso es utilizada como generador  síncrono y la frecuencia entregada en las terminales dependerá de la velocidad de rotación y del número de polos la misma. Lass má La máqu quin inas as sí sínc ncron ronas as se util utiliz izan an fu fund ndam amen enta talm lmen ente te como como gener generado adore ress de corriente alterna; en menor medida como motores de corriente alterna, ya que no presentan par de arranque como tales y hay que emplear diferentes métodos de arranque y aceleración hasta alcanzar la velocidad de sincronismo. También se utililiz ut izan an para para con contr trol olar ar la pot potenc encia ia re reac actitiva va de la re red, d, (corre (correcc cció ión n de dell fact factor or de potencia).

1.1.

Construcción

El funcionamiento de los generadores síncronos se basa en el principio de hacer  girar una espira dentro de un campo magnético magnético para que se induzc induzca a en aquéll aquélla a una fuerza electromotriz. También sucede lo mismo si se deja la espira fija y se hace girar el campo, es decir, los electroimanes que lo producen. Este último sistema es el más conveniente puesto que en la espira se tendrá fuerte corr corrie ient nte, e, qu que e es la mi mism sma a qu que e se util utiliz izar ará á en la re red, d, mi mien entr tras as qu que e en los los electroimanes se tiene sólo una pequeña corriente continua auxiliar, encargada de producir el campo magnético necesario.  Por esta razón, la construcción de las máquinas síncronas se ha orientado en ese sentido. En la figura 1 se ilustra el principio constructivo aludido. 2

 

Figura 1 Principio Constructivo

Un generador síncrono está compu compuesto esto por varias partes perfectame perfectamente nte separadas, cada una de las cuales tiene una misión bien definida. Estas son: el estator, el rotor, la carcasa y la excitatriz. En la figura 2 se muestra la ubicación relativa de todas estas partes entre sí, en una representación resumida y más bien simbólica.

Figura 2 Partes componentes de un generador. 

Carcasa

Su función principal es la de apoyar y proteger el motor, alojando también el paquete de chapas y devanados del estator. Pueden ser construidas en los tipos horizontal y vertical vertic al y con grado de protec protección ción de acuerdo con las necesidades del ambiente ambiente.. La carcasa está construida en chapas y perfiles de acero soldado, formando un conjunto sólido y robusto que es la base estructura de la máquina. Todo el conjunto de la carcasa recibe un tratamiento tratamiento de normal normalizació ización n para alivio de tensio tensiones nes provocadas por las soldaduras. Ese tipo de construcción proporciona excelente rigidez estructural de mane manera ra de sopo soport rtar ar esfu esfuer erzo zoss mecá mecáni nico coss pr prov oven enie ient ntes es de even eventu tual ales es corto cor toci circu rcuititos os y vi vibr brac ació ión, n, ca capac pacititan ando do al moto motorr pa para ra at aten ender der la lass má máss se seve veras ras necesidades.

 

 

Estator 

Constituido Consti tuido por un paquet paquete e laminado de chapas de acero silici silicio o de alta calid calidad, ad, con ranuras para alojar el devanado del estator, que opera con alimentación de potencia en corriente alterna para generar el campo magnético giratorio.  

Rotor 

El rot rotor or pu pued ede e se serr con const stru ruid ido o co con n po polo loss liliso soss o sa salilient entes es de depen pendi dien endo do de las características constructivas del motor y de su aplicación. El rotor completo está formado por la estructura que compone o soporta los polos, los devanados de campo y la jaula de arranque, que son las partes activas giratorias del motor síncrono. Los polos del campo son magnetizados a través de la corriente CC de la excitatriz o directamente por anillos recolectores y escobillas. En funcionamiento, los polos se alinean magnéticamente por el entrehierro y giran en sincronismo con el campo giratorio girato rio del estato estator. r. Los ejes son fabricados en acero forjado y mecanizados mecanizados según las especificaciones. La punta de eje normalmente es cilíndrica o bridada

1.2. 1.2.  

Cara Caract cter erís ísti tica cass o ope pera rati tiva vass Eléctricas

Cuando la máquina se encuentra conectada a la red, la velocidad de su eje depende directamente de la frecuencia de las variables eléctricas (voltaje y corriente) y del número de polos. Este hecho da origen a su nombre, ya que se dice que la máquina opera en sincronismo con la red. Por ejemplo, una máquina con un par de polos conectada a una red de 50 [Hz] girará a una velocidad fija de 3000 [RPM], si se tratara de una máquina de dos pares de polos la velocidad sería de 1500 [RPM] y así sucesivamente, hasta motores con 40 o más pares de polos que giran a bajísimas revoluciones. En la op opera eraci ción ón co como mo ge gener nerad ador or de desa saco copl plad ado o de la red red,, la fr frec ecue uenci ncia a de la lass corrientes generadas depende directamente de la velocidad mecánica del eje. Esta

 

aplilica ap caci ción ón ha si sido do par partiticu cula larm rmen ente te rel releva evant nte e en el de desar sarro rollllo o de ce cent ntra rale less de generación a partir de recursos renovables como la energía eólica.  Adicionalmente a la operación como motor y generador, el control sobre la al alim imen enta taci ción ón del ro roto torr hac hace e que que la má máqu quin ina a sincr sincrón ónic ica a pu pueda eda op oper erar ar ya se sea a absorbiendo o inyectando reactivos a la red en cuyo caso se conocen como reactor o condensador sincrónico respectivamente. Particularmente esta última aplicación es utilizada utili zada para mejorar el factor de potencia del sistema sistema eléctrico el cual tiend tiende e a ser  inductivo debido a las características típicas de los consumos.

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60 =

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 P

 

Mecánica

Como generador: Una turbina acciona el rotor de la máquina sincrónica a la vez que se alimenta el devanado rotórico (devanado de campo) con corriente continua, proporcionada por  un generador denominado excitatriz. El entrehierro variable (máquinas de polos salilien sa ente tes) s) o la di dist stri ribu buci ción ón del del dev devana anado do de ca camp mpo o (m (máqu áquin inas as de rotor rotor liliso) so) contribuyen a crear un campo más o menos senoidal en el entrehierro, que hace aparecer en los bornes del devanado estatórico (devanado inducido) una tensión senoidal. Al conectar al devanado inducido una carga trifásica equilibrada aparece un sistema trifásico de corrientes y una fuerza magnetomotriz senoidal.

Como motor: En este caso se lleva la máquina síncrona a la velocidad de sincronismo, pues la máquina síncrona no tiene par de arranque, y se alimentan el devanado rotórico (devanado de campo) con corriente continua y el devanado estatórico (devanado inducido) con corriente alterna. La interacción entre los campos creados por ambas corrientes mantiene el giro del rotor a la velocidad de sincronismo.

 

1.3. 1.3.

Ar Arra ranq nque ue del del maq maqui uina na sí sínc ncro rona na

El motor síncrono carece totalmente de par de arranque. En el momento de energizar  la armadura aparece su respect respectivo ivo flujo girando a la velocidad síncron síncrona, a, puesto que no tiene inercia. El rotor en cambio, sí la tiene y no puede adquirir instantáneamente la velocidad. Si el ro roto torr no se en encu cuen entr tra a exci excita tado do no ha hayy atra atracc cció ión n qu que e pr prod oduz uzca ca el pa par  r  electromagnético, y si lo está, la liga magnética se rompe cada vez que el flujo de armadura armadur a pasa frente a los polos con tal rapid rapidez, ez, que no puede vencer la inercia del rotor. Para arrancar un motor síncrono es necesario algún sistema auxiliar. Existen dos formas de lograrlo: 1.

Con un motor auxiliar: un motor auxil auxiliar iar de cualquier otro tipo acopla acoplado do a la

flecha del síncrono, se encarga de iniciar el giro hasta obtener la velocidad síncrona. Ento En tonc nces es se en ener ergi giza za la ar arma madu dura ra y se exci excita ta el camp campo, o, con con lo que que qu qued eda a sincronizado el motor al sistema. Una vez que el motor ha quedado en sincronía, se desacopla el motor de arranque y se acopla la carga, para lo cual hay que disponer  de elementos adecuados de transmisión mecánica. 2.

Con devanado auxiliar de inducción:  agregando al rotor un devanado de

 jaula de ardilla, se puede iniciar el giro como motor de inducción. La jaula no puede tener la misma consistencia que para un motor de inducción, pues si se trata de rotor  cilíndrico hay que dejar libre el espacio de las ranuras, en donde se acomoda el embobinado de excitación, y si es de polos salientes, las barras se alojan únicamente en las zapatas polares, pues no tiene ningún objeto agregar barras en el espacio de aire interpolar.

 

2.- Máquinas Asíncronas Se llama máquina de inducción o asincrónica a una máquina de corriente alterna, en la cual la velocidad de rotación del rotor es menor que la del campo magnético del estator y depende de la carga. La máquina asincrónica tiene la propiedad de ser  reversible, es decir, puede funcionar como motor y como generador.

2.1. Construcción El motor asíncrono tiene dos partes principales: Estator y rotor. El estator es la parte fija de la máquina en cuyo interior hay ranuras donde se coloca el devanado trifásico que se alimenta con corriente alterna trifásica. La parte giratoria de la máquina se llama rotor rotor y en sus ranuras también se coloca un devanado. El estat estator or y el rotor se arman arm an de chapas chapas es esta tamp mpad adas as de acero acero el elec ectr trot otéc écni nico co de 0,35 0,35 a 0, 0,5 5 [m [mm] m] de espesor. Según la construcción, los motores asincrónicos pueden ser de rotor de jaula de ardilla o de rotor bobinado. Los motores asincrónicos asincrónicos se divid dividen en en: sin colector y con colector. Los motores sin colector se utilizan donde se necesita una velocidad de rotación aproximadamente constante y no se requiere su regulación. Los motores sin colector son simples en construcción, funcionan sin fallas y son de alto rendimiento . 2.2. Características operativas 

Eléctrica



Mecánica

 

Cuando la maquina asíncrona tiene el funcionamiento de motor, el suministro se da a los lados del estator y el motor siempre gira por debajo de la velocidad síncrona. El par del motor de inducción varía de cero hasta el par de carga completa a medida que el deslizamiento varía. El deslizamiento varía de cero a uno. Es cero sin carga y uno cuando está parado. Esto es, mientras más sea el deslizamiento, más será el toque producido y viceversa. En el modo de generador, el motor de inducción gira por encima de la velocidad síncrona y debe ser conducido por un movimiento principal. El bobinado del estator  está conectado a un sumin suministro istro de tres fases en el que sumini suministra stra energía eléctric eléctrica. a. En realidad, en este caso, el par y el deslizamiento son negativos por lo que el motor  recibe energía mecánica y entrega energía eléctrica. El motor de inducción no se uti utiliza liza mu much cho o co com mo ge gene nera rado dorr po porq rque ue re requ quie iere re ene nerg rgía ía re reac acttiva iva pa para ra su funcionamiento.

2.3. Pruebas comunes de mantenimiento 

Ensayos de resistencia de bobinado

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Prueba de resistencia de aislamiento o prueba de megaohm

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Prueba de índice de polarización y absorción dieléctrica

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Prueba de aislamiento por incremento de voltaje Prueba de alto potencial

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Prueba de impulso

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