LOS SISTEMAS ROTACIONALES Las máquinas eléctricas pueden ser giratorias o estáticas. el punto de !ista mecánico" se considera que una máquina de#e tener partes en mo!imiento" con lo cual solamente podemos $acer re%erencia a las maquinas giratorias" tales como& Los generadores" los motores" algunos tipos de recti'cadores ( ondula ondulador dores" es" los con!er con!ertid tidor ores es de %recu %recuenc encia ia ( de %ase. %ase. ) Las máquin máquinas as estáticas son los trans%ormadores" para que en ellos se lle!e la inducci*n de una tensi*n ( corriente de un de!anado a otro" éste se de#e alimentar con una tens tensi* i*n n alte altern rna a la cual cual orig origin ina a un ca camp mpo o ma magn gnét étic ico o alte altern rno o que que enla enla+a +a magnéticamente los dos de!anados a tra!és de un n,cleo com,n" por lo tanto e-iste un mo!imiento relati!o entre #o#inas parte '/a0 ( 1u/o magnético parte giratoria0 induciendo con%orme a la le( de inducci*n de 2arada( una %uer+a elect ele ctro romot motri+ ri+ de un de!ana de!anado do con con resp respect ecto o al otro. otro. Moti! Moti!o o por el cual cual al trans%ormador se le conoce como M345INA EST3TICA. En todas las máquinas giratorias siempre se tendrá una parte '/a que le llamamos ESTATOR" ( una parte m*!il denominada ROTOR. Todas las máquinas eléctricas se #asan en los %en*menos que se originan entre corriente eléctrica ( campo magnético6 es decir" decir" todas las máquinas máquinas eléctrica eléctricass son electrom electromagné agnética ticas. s. En la máquina máquina eléct elé ctric rica a se tendrá tendrá una corrie corriente nte de e-cit e-citac aci*n i*n"" la cual cual origi origina na un campo campo magnético inductor" el cual a su !e+ origina una nue!a corriente eléctrica inducida. Esta corriente será cedida por la máquina al circuito e-terior cuando está %uncionando como generador o" será a#sor#ida de la red eléctrica" para su posterior trans%ormaci*n en energ7a mecánica cuando %unciona como motor. En resumen" desde el punto de !ista mecánico la máquina eléctrica consta de& ESTATOR parte '/a de la máquina ROTOR parte giratoria de la máquina esde el punto de !ista eléctrico" la máquina eléctrica consta de& IN5CTOR Se origina el campo magnético inductor IN5CIO En el cual se origina una corriente eléctrica inducida" o la parte de la máquina en la cual se e%ect,a la con!ersi*n de energ7a eléctrica a mecánica * de mecánica a eléctrica En una máquina de corriente continua el inductor es '/o ( el inducido es giratorio" ( la tens tensi* i*n n se e-tra -trae e o se apli aplica ca a la má máqu quin ina a a tra! tra!és és del del co conm nmut utad ador or depend dependien iendo do si ell ella a opera opera como como genera generador dor o motor motor.. En las máquin máquinas as de corriente alterna generalmente el inducido es '/o ( el inductor es giratorio" pero se pueden tener maquinas de C.A. con inducido giratorio e 8 inductor '/o" en este caso para e-traer o introducir la tensi*n" la máquina esta pro!ista de un colector de anillos rosantes. EL CAM9O MA:N;TICO El estudio de los %en*menos magnéticos se inicio con el descu#rimiento de un mineral de $ierro al que se le llamo MA:NETITA6 este mineral tam#ién se conoce con los nom#res de *-ido %erroso %errico 2e< O=0" pirita o imán natural. La propiedad de este material es la de atraer el $ierro ( en ciertas regiones del imán el e%ecto es más intenso" por lo que a estas regiones se les llamo 9OLOS del imán. Si el imán se suspende en el aire con un $ilo" este siempre adquiere una direcci*n de'nida" apro-imadamente la del norte>sur6 con lo cual a la regi*n del imán que apunta al norte terrestre terrestre se le llama 9OLO NORTE NORTE ( al otro
e-tremo 9OLO S5R. Además de la propiedad anterior se tiene que los polos de un imán e/ercen %uer+as de atracci*n o repulsi*n so#re los polos de otros imanes" rigiéndose esa %uer+a por la siguiente le(& ?polos magnéticos iguales se repelen ( polos di%erentes se atraen@. El espectro magnético de un imán o de un polo" se representa por l7neas magnéticas ( su sentido lo determina el polo norte de una #r,/ula" lo cual equi!ale a decir" que las l7neas magnéticas salen del polo norte del imán ( entran en el polo sur de él6 esta#leciéndose con ello l7neas cerradas. El 27sico ans C$ristian Oesterd descu#re que alrededor de un conductor rectil7neo por el que circula una corriente eléctrica" en su entorno se producen %en*menos de origen magnético esta#leciéndose un espectro de l7neas magnéticas concéntricas circulares. Las in!estigaciones e%ectuadas por este descu#rimiento originan que mediante el uso del electromagnetismo el $om#re $a desarrollado métodos que le permiten trans%ormar ( transportar grandes cantidades de energ7a con una gran e'ciencia. Con relaci*n a lo e-puesto anteriormente el campo magnético se de'ne como& ?La porci*n del espacio en donde se producen %en*menos de origen magnético. Al campo magnético se le atri#u(en las propiedades necesarias para que se originen los %en*menos magnéticos. 9ara el estudio cuantitati!o del campo magnético" a cada uno de sus puntos se le asocia una cantidad !ectorial llamada ?inducci*n magnética@" o ?densidad de 1u/omagnético@.
9;RIAS E ENER:BA EN NCLEOS 2ERROMA:N;TICOS Con%orme a las propiedades magnéticas podemos clasi'car a los materiales en tres grupos& D0 MATERIALES 2ERROMA:N;TICOS" son aquellos que tienen una
permea#ilidad magnética ma(or que la del !ac7o FD0 ( de magnitud !aria#le la cual esta en %unci*n de la densidad de 1u/o magnético6 Tales como el $ierro" n7quel" co#alto ( algunas aleaciones. G0 MATERIALES IAMA:N;TICOS" tiene una permea#ilidad magnética ligeramente menor que la del !ac7o. En estos materiales la intensidad de la magneti+aci*n es negati!a. <0 MATERIALES 9ARAMA:N;TICOS" tienen una permea#ilidad magnética constante ( ligeramente ma(or que la del !ac7o. En estos materiales la intensidad de magneti+aci*n es positi!a. DG 9ara cada material %erromagnético e-iste una temperatura" a la cual se le llama ?9unto de Curie@" con la cual el material pierde sus propiedades ( se comporta como un material paramagnético. Otra caracter7stica mu( particular de los materiales %erromagnéticos es la de IST;RESIS" esta propiedad se caracteri+a por que los materiales presentan oposici*n al cam#io de la densidad de 1u/o magnético. Las cur!as de la 2igura No. D.G se conocen como LAHOS E IST;RESIS ( nos representan el comportamiento de un material %erromagnético originalmente desmagneti+ado ( el cual se e-cita con corriente directa ( corriente alterna a las %recuencias de J ( KJ ert+. Todos los materiales %erromagnéticos al aplicarles una e-citaci*n magnética 0 adquieren una inducci*n magnética 0 ( al desaparecer la e-citaci*n" el material conser!a una cierta inducci*n magnética r0" a la cual se le llama ?MA:NETISMO REMANENTE@. El %en*meno istéresis representa una des!enta/a" (a que producen pérdidas de energ7a a las que se conocen como 9;RIAS 9OR IST;RESIS6 la energ7a de estas pérdidas se trans%orman en calor el cual se de#e eliminar de la máquina para reducir el deterioro de los materiales aislantes que contenga. Con%orme al la+o de istéresis el área dentro de la cur!a es proporcional a las pérdidas de energ7a por ciclo.
EL CAM9O MA:N;TICO :IRATORIO. 5no de los %undamentos de operaci*n de las máquinas de c.a." es que si por los de!anados de la armadura circula una corriente tri%ásica de igual magnitud ( des%asadas DGJ" se producirá un campo magnético giratorio de magnitud constante. Las tres %ases del de!anado de la armadura de#en estar separadas DGJ grados eléctricos. Se puede generar un campo magnético resultante giratorio ( constante que gire a !elocidad s7ncrona mediante cualquier grupo poli%ásico de de!anados que estén despla+ados en el espacio so#re una armadura" si la corriente que pasa por los de!anados tam#ién está despla+ada en el espacio. 9or e/emplo" si un de!anado #i%ásico esta despla+ado %7sicamente J en un estator" se producirá un campo magnético rotatorio constante porque las corrientes de %ase tam#ién están despla+adas en el tiempo. 9or lo tanto todos los generadores tri%ásicos para producir un campo magnético rotatorio constante" necesitan tres de!anados idénticos e indi!iduales" despla+ados DGJ en la armadura ( que condu+can corrientes tam#ién despla+adas DGJ en su %ase o en el tiempo. La 'gura <.Da muestra el diagrama %asorial de las corrientes que pasan por la armadura del rotor tri%ásico en secuencia de %ases AC. En la 'gura <.D# se muestra la relaci*n gra'ca ( !ariaci*n senoidal de cada corriente para un ciclo. La 'gura <.Dc muestra el despla+amiento en el espacio de un de!anado tri%ásico concentrado t7pico conectado en estrella. Cada grupo de costados de #o#ina por %ase
indicadas en la 'gura <.Dc consta de DG costados o K #o#inas por %ase" cu(as puntas terminales con las marcas A 2C 2 " 2 " ( " se conectan a un punto com,n. La punta terminal marcadas con las letras SA" S ( SC" están conectadas a la %uente de tensi*n tri%ásica. En el tiempo tD que se indica en la 'gura <.D#" se muestra la corriente en cada #o#ina de cada de!anado por %ase en el tiempo tD la %ase A esta en su !alor má-imo en una direcci*n" mientras que la corriente de los de!anados de las %ases ( C su !alor es igual a J.)J) de su !alor má-imo en su direcci*n opuesta.
la corriente en ( C son opuestas a la de A. Los 1u/os que producen esos de!anados se muestran en la 'gura G.Dd" usando la regla de la mano derec$a" los 1u/os de φ ( φC so#re φa producen un 1u/o resultante φR. Si se sigue el mismo procedimiento en el tiempo G t " en el que la corriente de la %ase se $a in!ertido ( es a$ora igual a la %ase A además tiene la misma direcci*n que ella" ( $a disminuido en una magnitud de J")J) de su !alor má-imo" con lo cual la %ase C en el mismo tiempo adquiere su !alor má-imo. El 1u/o resultante sé gra'ca nue!amente para cada %ase ( en este tiempo los 1u/os φA ( φ producen componentes de cuadratura que se anulan entre s7 ( componentes en %ase con el 1u/o φC para producir una resultante φR de la misma magnitud
que $a#7a en el tiempo D t . As7 en el tiempo G t " se tendrá que KJE después del tiempo D t " el 1u/o resultante a girado KJ pero su magnitud es constante. Si consideramos el e/e del 1u/o φR en los instantes de tiempo D t ( G t " se puede considerar a la armadura como un solenoide en el que todos los costados de #o#ina que se encuentran a los costados del 1u/o φR conducen corrientes en sentidos contrarios" tal como se muestra en las 'guras G.Dg" G.D$ ( G.Di" conclu(endo lo siguiente& D. Se produce un campo magnético ,nico" constante ( giratorio mediante un de!anado mono%ásico" #i%ásico o tri%ásico en el estator. G. El despla+amiento del campo magnético resultante en el espacio corresponde e-actamente al despla+amiento en el tiempo de la %recuencia de suministro. El campo magnético rotatorio que se produce ( se muestra en la 'gura G.D ocasiona una rotaci*n en el sentido de las manecillas de un relo/ cuando la secuencia de %ases de un sistema tri%ásico sea AC. Si se intercam#ian dos %ases cualquiera en los e-tremos de las l7neas a las #o#inas de la armadura se in!ierte la secuencia de %ases a CA produciéndose una in!ersi*n de la direcci*n de giro del campo magnético. En consecuencia" la direcci*n de giro de cualquier motor de inducci*n se puede in!ertir simplemente in!irtiendo la secuencia de %ases. Intercam#iando dos de las tres %ase de la l7nea de alimentaci*n tri%ásica.
CIRC5ITO E45IPALENTE EL :ENERAOR SBNCRONO La %.e.m. generada por %ase en !ac7o internamente en el alternador se determina con las ecuaciones que se determinaron en el capitulo II" sin em#argo esta tensi*n no es la que aparece en las puntas terminales del alternador cuando este opera con carga6 de#ido a que $a( !arios %actores que dan lugar a la di%erencia entre la tensi*n inducida en !ac7o ( la tensi*n nominal a plena carga" los cuales son& <8 D. La distorsi*n del campo magnético del entre$ierro causado por la corriente de la armadura" llamada reacci*n de armadura. G. La autoinductancia de las #o#inas que %orman el de!anado de la armadura. <. La resistencia de las #o#inas de la armadura. =. El e%ecto de la con'guraci*n del rotor de polos salientes. 9ara esta#lecer el circuito equi!alente de un alternador no se tomara en cuenta el e%ecto que originan los polos salientes so#re la operaci*n de la máquina ( se considerara que ella es de polos lisos. Esta consideraci*n dará lugar a una cierta ine-actitud en los resultados cuando la máquina sea de polos salientes" pero los errores son relati!amente pequeQos. El primer e%ecto mencionado ( normalmente el de ma(or duraci*n" es la reacci*n de inducido. Cuando gira el rotor inductor0 del alternador" se induce la tensi*n en !ac7o Eg en los de!anados de la armadura" el cual da lugar a la circulaci*n de corriente Ia
cuando se le conecta una carga a las puntas terminales de la máquina"2igura <.< a0 ( #006 esta corriente origina un campo magnético en la armadura el cual distorsiona el campo magnético unidireccional original del inductor" modi'cando la tensi*n por %ase inducida resultante. Este e%ecto se conoce como reacci*n de armadura" de#ido a que la corriente de armadura a%ecta el campo magnético que la origina cuando la máquina opera en !ac7o. Como están presentes dos tensiones en el de!anado del la armadura" la tensi*n resultante de una %ase será la suma de la tensi*n Eg ( la tensi*n de reacci*n de armadura Ear" es decir& Pp Eg Ear La tensi*n de la reacci*n de armadura es directamente proporcional a la corriente que circula por la armadura Ia"" ( además para una carga inducti!a atrasa J con respecto a dic$a corriente" entonces la tens*n de la reacci*n de armadura puede e-presarse como& Ear > /Ia 9or consiguiente la tensi*n de la reacci*n de armadura puede considerarse como una inductancia en serie con la tensi*n generada interna en el alternador.
5n generador s7ncrono trans%orma la potencia mecánica en potencia eléctrica mono%ásica o tri%ásica. La %uente de potencia mecánica a la cual com,nmente se le llama ?primotor@" puede ser un motor diesel" una tur#ina de !apor" una tur#ina $idráulica" o cualquier otro dispositi!o que le proporcione el mo!imiento al generador s7ncrono. Independientemente de la %uente de potencia mecánica que se utilice" de#e tener las propiedades de mantener la !elocidad constante a cualquier !alor de carga que se le conecte a las puntas terminales del generador s7ncrono" (a == que de lo contrario la %recuencia de la red de alimentaci*n a la carga tendr7a !alores di%erentes con cualquier !alor de !elocidad. Con%orme al 1u/o de potencia de la máquina que se muestra en la 'gura G.)" se tiene que" no toda la potencia mecánica que entra al generador s7ncrono sale de ella misma como potencia eléctrica de#ido a las pérdidas de energ7a que se tienen presentes en la máquina. Con%orme a la misma 'gura se o#ser!a que la potencia mecánica en la entrada es la potencia en el e/e del generador s7ncrono" es decir& 9ent apω m = τ Mientras que la potencia mecánica con!ertida a potencia eléctrica se e-presa por& < cos γ con! A A 9 = E I
siendo EA la %.e.m. por %ase generada en !ac7o IA La corriente nominal por %ase en la armadura γ el ángulo que %orma EA e IA La potencia eléctrica tri%ásica real que entrega el generador s7ncrono puede representarse en magnitudes de l7nea como& 9sal =
!ar7a en %unci*n de una constante la cual relaciona la resistencia e%ecti!a ( la O$mica de la #o#ina6 es decir& O A R R U = de donde RA = URO <.DD el !alor de la constante U depende del tipo de inductor que tenga el generador s7ncrono ( de la %recuencia de la c>a6 por lo que " para un generador s7ncrono de polos salientes" !aria de D"G a G"J pero para ciertos cálculos se puede considerar el promedio el cual es de D"K. 9ara máquinas de polos lisos el !alor de la constante U !aria entre G" a = ( tam#ién se puede considerar el promedio de <"G. En una %orma apro-imada la resistencia e%ecti!a se puede determinar mediante la medici*n de la potencia que a#sor#e la #o#ina pérdidas en el co#re0" de la tensi*n ( la corriente cuando esta se alimenta con una tensi*n reducida en c.a. ( mediante el uso de la siguiente ecuaci*n se determina su !alor& G cu A A V = R I =8 G A cu A I V R = <.DG #0 Reactancia de dispersi*n" el con/unto de l7neas de %uer+a magnética que %orman el campo magnético alterno que tiene una máquina o cualquier dispositi!o eléctrico normalmente nunca se apro!ec$a totalmente" (a que $a( una pequeQa cantidad de 1u/o que se dispersa ( se cierra a tra!és del aire ( se le denomina 1u/o de dispersi*n. El 1u/o magnético de dispersi*n relacionado con la corriente" genera una autoinducci*n en la #o#ina del inducido" la cual /unto con la !elocidad angular nos origina la reactancia de dispersi*n. Con %orme a lo anterior la c.a. que circula por la #o#inas de la máquina de#e !encer tanto a la resistencia e%ecti!a ( a la reactancia. La magnitud de la reactancia de la máquina no depende de la temperatura ni de la longitud del conductor con el cual esta $ec$a la #o#ina" sino que depende de la %recuencia de la c.a. ( su magnitud depende de la autoinducci*n la cual se termina con la ecuaci*n D.D<" además la representaremos por la letra a" sus unidades son el O$m ( para determinarla se puede usar la siguiente ecuaci*n& A a I %N L %L π φ ω π G = = G = <.D< c0 Impedancia" la impedancia de la máquina la representaremos por la letra H" tam#ién se e-presa en O$ms ( es una com#inaci*n de una parte real que la representa la resistencia ( una imaginaria que nos la representa la reactancia de la máquina" con lo cual su ecuaci*n alge#raica es& G G 0 0 A a RA a H = R + / = + <.D= para corregir la impedancia por temperatura" se logra ,nicamente corrigiendo la resistencia a la temperatura deseada" generalmente a )C" (a que el !alor de la reactancia no depende de la temperatura. 9ara lograr lo anterior es necesario medir la temperatura am#iente a la cual se $ace la medici*n de la resistencia O$mica. Con relaci*n al circuito equi!alente del generador s7ncrono el cual contiene tres magnitudes que de#en conocerse para poder anali+ar el comportamiento del = generador s7ncrono cuando %unciona sin carga ( con carga" el generador s7ncrono se de#e someter a prue#as de la#oratorio ( o#tener gra'cas que relacionen la corriente de e-citaci*n I%0 ( la %.e.m. generada en !ac7o EO0 ( que relacione la corriente que circula por el inducido Icc IA0 cundo opera con carga ( la corriente de e-citaci*n ( con ellas determinar los parámetros de la máquina s7ncrona. 9ara lograr lo anterior se requiere someter al generador s7ncrono a las siguientes prue#as ( además utili+ar un método sencillo para determinar sus parámetros" el cual se conoce como ?método de la impedancia s7ncrona@. El primer paso del proceso consiste en reali+ar la prue#a de !ac7o del generador6 para lo cual" se $ace girar el
generador a la !elocidad nominal" con sus puntas terminales sin carga ( se reduce la corriente de e-citaci*n a cero I% J0. 9osteriormente se !a aumentado la corriente de e-citaci*n por etapas $asta llegar apro-imadamente al DGW de la tensi*n nominal por %ase del generador s7ncrono ( se toman lecturas de la tensi*n en !ac7o por %ase EA0 ( de corriente de e-citaci*n I%0 que circula por el inductor del generador. Con las lecturas o#tenidas se tra+a una gra'ca la cual de#e ser apro-imada a la que se muestra en la 'gura <.8.
O9ERACIXN EN 9ARALELO EL :ENERAOR SBNCRONO En las redes eléctricas constantemente se o#tienen !ariaciones continuas de cargas ( en ocasiones cuando la demanda de energ7a eléctrica es mu( ele!ada" se requiere conectar uno o más generadores s7ncronos en paralelo con los que están alimentados la carga e-istente ( as7 poder satis%acer la demanda de energ7a. Con el procedimiento anterior se logra aumentar la capacidad en el sistema de generaci*n ( poder satis%acer la demanda de energ7a que se requieran los usuarios de ella. 9ara sincroni+ar en paralelo acoplar en paralelo0 un generador s7ncrono a una red de alimentaci*n (a e-istente" la cual tiene una tensi*n a una %recuencia determinada se de#e $acer en %orma tal que no se presenten corrientes transitorias al momento de e%ectuar el acoplamiento" para lo cual se de#en cumplir estrictamente como m7nimo las siguientes condiciones& D I:5AL 2REC5ENCIA" para !eri'car la %recuencia de los generadores s7ncronos por acoplar en paralelo" se $ace por medio del instrumento de medici*n llamado ?%recuenc7metro@ el cual de#e conectarse en am#os e-tremos de los sistemas eléctricos por acoplar en paralelo. Si la %recuencia del generador s7ncrono por acoplar en paralelo es di%erente a la del sistema eléctrico principal" esta se le de#e igualar mediante la !ariaci*n de la !elocidad de giro de la maquina motri+ que impulse al generador s7ncrono. G I:5AL TENSIXN" para igualar la tensi*n en los sistemas eléctricos por acoplar"
la tensi*n del generador s7ncrono se de#e a/ustar mediante la !ariaci*n de la corriente de e-citaci*n que le proporciona la e-citatri+ al inductor del generador s7ncrona" $asta un !alor tal que las tensiones de los sistemas por acoplar en paralelo sean iguales. < I:5AL SEC5ENCIA E 2ASES" esto signi'ca que la posici*n ( orden de cada una de las %ases en am#os sistemas eléctricos sea la misma" (a que en la corriente alterna las secuencias de %ases que se puede presentar son& ?AC@ DG<0 o ?CA@
METOO E L3M9ARAS RILLANTES6 en este método las puntas terminales de cada lámpara se conectan a %ases di%erentes" tal como se muestra en la 'gura <.DD6 en este método las lámparas se apagan ( encienden peri*dicamente ( alcan+an su má-imo #rillo cuando en los sistemas por conectar en paralelo coinciden las %ases. En este instante se de#e cerrar el interruptor de acoplamiento para sincroni+ar en paralelo los generadores s7ncronos.
METOO SIEMENS ALSUEN6 este método es una com#inaci*n del método de lámparas apagadas ( #rillantes" con lo cual los incon!enientes que se presentan con cada uno de ellos se pueden reducir en parte si la cone-i*n de dos lámparas se conectan como en el método de lámparas #rillantes 2ig. <.DD0 ( la tercer lámpara se conecta en las puntas terminales de las %ases que quedan li#res6 tal como se muestra en la 'gura <.DG. en este método se cierra el interruptor de acoplamiento cuando las lámparas D ( G tienen su má-ima #rillantes ( la lámpara < esta completamente apagada.
9ara el acoplamiento en paralelo de generadores s7ncronos tam#ién se pueden utili+ar instrumentos tales como& !*ltmetros" osciloscopios" sincronoscopios o com#inaci*n de ellos con el método de lámparas apagadas o #rillantes" reduciéndose los posi#les incon!enientes que se puedan presentar con el uso de ellos por separado. Las cuatro condiciones anteriores son cr7ticas para el #uen acoplamiento en paralelo" pero se de#en considerar otros las cuales pueden o no cumplirse al DJJW tales como& 4ue la potencia de los generadores sea la misma" que la impedancia de ellos sean iguales" etc. Si se conectan en paralelo dos generadores s7ncronos de idénticas caracter7sticas con uno de ellos %uncionado con la carga" si se cierra el interruptor de acoplamiento en el instante que se satis%acen al DJJW las = condiciones anteriores" la carga no se repartirá uni%*rmente a la capacidad de las máquinas ( el generador que no ten7a conectada la carga %unciona sin a#sor#er parte de ella ( se dice que queda en 1otaci*n ( preparado para a#sor#er carga cuando se requiera o se $agan las manio#ras para trans%erir carga de un generador a otro. En estas condiciones las tensiones de am#os generadores son iguales ( en sus terminales de cone-i*n no se tendrá la presencia de la corriente transitoria de cone-i*n al cerrar el interruptor de acoplamiento. Cuando las tensiones de am#os generadores por acoplar en paralelo di'eren un poco" en el instante de cerrar el interruptor de acoplamiento se esta#lece una corriente transitoria de compensaci*n que iguala las tensiones de am#os generadores a un !alor di%erente al que ten7an inicialmente. Si la di%erencia de tensiones es mu( grande" tam#ién lo será la magnitud de la corriente de compensaci*n lo cual
origina daQos mu( se!eros a las máquinas ( no lograr el acoplamiento en paralelo satis%actoriamente.
ARRAN45E CON 5N MOTOR A5ILIAR ETERNO Este método se acopla mecánicamente el motor s7ncrono a un motor e-terno con lo cual el primer paso a seguir consiste en" poner a %uncionar el motor s7ncrono como si %uera un generador s7ncrono ( con el motor au-iliar se lle!a a la !elocidad s7ncrona" después como segundo paso se e-cita poco a poca el de!anado inductor del generador $asta o#tener en el inducido una tensi*n" %recuencia ( secuencia de %ases igual a la que se tiene en la red de c.a. donde se !a $a conectar. Es decir la máquina se lle!a a las condiciones de sincronismo considerando que %unciona como generador s7ncrono" para que se conecte en paralelo a la red de alimentaci*n. Estando conectado en paralelo con la red de alimentaci*n" se desconecta el motor au-iliar de la %uente de alimentaci*n al cual esta conectado ( en ese momento la máquina in!ierte su %uncionamiento de generador a motor s7ncrono. ARRAN45E EL MOTOR SBNCRONO COMO SI 25ERA E IN5CCIXN. La %orma más práctica de arranque del motor s7ncrono" es empleando un de!anado amortiguador" el cual esta %ormado por #arras especiales colocadas en ranuras de las caras polares del inductor ( cortocircuitadas en los e-tremos de dos polos con polaridad di%erente. En la 'gura =.G se muestra un de!anado amortiguador con las #arras cortocircuitadas so#re los e-tremos de las caras polares" conectadas con alam#res. El arranque del motor s7ncrono como si %uera de inducci*n" tiene una serie de pasos los cuales son& primero el inducido se energi+a con una corriente alterna induciendo una corriente en el de!anado amortiguador" originado en este un campo magnético de polaridad contraria al creado en el inducido. El resulta de la com#inaci*n de am#os campos" es un par que $ace que el motor s7ncrono arranque poco a poco $asta llegar casi a la !elocidad de sincronismo. Se e-cita el de!anado inductor con corriente continua %ormándose con ello los polos magnéticos del inductor que tienden a situarse %rente a los polos magnéticos giratorios del inducido de polaridad contraria" lográndose en esta %orma se incrementar la !elocidad $asta que el motor s7ncrono llega a la !elocidad de sincronismo entre la !elocidad del inductor ( la !elocidad del 1u/o unidireccional que presenta el giro del inductor del motor. Si se pierde la atracci*n" desaparece el par" el rotor de/a de girar ( la máquina llega a su estado estacionario. ARRAN45E EL MOTOR A 2REC5ENCIA RE5CIA Si el campo magnético alterno del inducido del motor s7ncrono gira a una !elocidad mu( #a/a" no se tendrá el pro#lema para que el inductor rotor0 se acelere ( se enganc$e con el campo magnético del inducido. En estas condiciones" la
!elocidad del campo magnético del inducido se incrementa $asta o#tener la !elocidad nominal s7ncrona" mediante el incremento de la %recuencia $asta o#tener su !alor nominal de J * KJ+. En la actualidad se $an desarrollado nue!as tecnolog7as a tra!és de recti'cadores in!ersores ( el ciclocon!ertidor" los cuales se utili+an para con!ertir una %recuencia constante de entrada en otra %recuencia de salida con una magnitud deseada. Con el desarrollo de tales dispositi!os de estado s*lido mane/adores de %recuencias !aria#les es posi#le el control continuo de la %recuencia eléctrica aplicada al motor" desde una %racci*n de ert+ $asta !alores ma(ores a la %recuencia nominal del sistema. Si el dispositi!o de mane/o de %recuencia !aria#le se inclu(e en el circuito de control del motor s7ncrono" entonces para arrancar la máquina" primero se a/usta la %recuencia a un !alor mu( #a/o ( después se ele!a gradualmente $asta o#tener la !elocidad nominal del motor. La tensi*n en cualquier mane/ador de %recuencia !aria#le o circuito de arranque a %recuencia !aria#le de#e !ariar apro-imadamente en %orma lineal con la %recuencia aplicada para mantener la corriente en el inducido del motor en ni!eles seguros para no originarle daQos a la máquina. K8 =.= RES5MEN E LOS :ENERAORES Y MOTORES SBNCRONOS el misma %orma que" un generador de corriente continua puede %uncionar como motor" un generador s7ncrono tam#ién puede tra#a/ar como motor s7ncrono6 por lo que si se tienen dos generadores s7ncronos tra#a/ando acoplados en paralelo se puede in!ertir el %uncionamiento de uno de ellos como motor" lo cual se logra cundo la máquina motri+ de uno de ellos se desconecta de la %uente de energ7a que lo alimenta" con lo cual el generador acoplado a ella no detiene su marc$a por estar acoplado eléctricamente al otro generador s7ncrono" o %uente de tensi*n alterna" con lo cual en !e+ de suministrar energ7a a la red de alimentaci*n como lo $acia inicialmente" a$ora la a#sor#e in!irtiendo as7 su %uncionamiento ( en estas condiciones al generador s7ncrono se le denomina ?motor s7ncrono@. Con%orme a lo anterior" podemos decir que un motor s7ncrono es una máquina la cual trans%orma la energ7a eléctrica en mecánica ( para su operaci*n requiere de la alimentaci*n requiere de dos corrientes eléctricas6 (a que su de!anado inductor se alimenta con corriente contin,a ( el de!anado del inducido con corriente alterna. =. CONENHAOR SBNCRONO 5n condensador s7ncrono es un motor s7ncrono que %unciona sin carga mecánica" cu(o prop*sito principal es ele!ar el %actor de potencia a la unidad o cercano a la unidad6 con lo cual en el sistema eléctrico en que se encuentre conectado ( mediante ciertos a/usten en su corriente de e-citaci*n" se reducen las pérdidas eléctricas" se ele!a el rendimiento" se me/ora la regulaci*n de tensi*n ( el sistema eléctrico opera con #uena esta#ilidad. Regulando la corriente de e-citaci*n del motor s7ncrono este puede producir ( consumir potencia reacti!a. Cuando se conecta a un circuito en el que la corriente esta atrasada respecto a la tensi*n" es decir en donde la carga es inducti!a" el condensador s7ncrono se $ace que %uncione so#ree-citado con lo cual suministra potencia reacti!a al circuito que lo alimenta. Si la carga del circuito es capaciti!a la cual origina que la corriente adelante con respecto a la tensi*n" el condensador s7ncrono %unciona su#e-citado" lo cual origina que a#sor#a de la red de alimentaci*n potencia reacti!a ( se logre a/ustar el %actor de potencia a la unidad. :eneralmente el
condensador s7ncrono %uncione como productor de potencia reacti!a" se pro(ectan normalmente de %orma K que su potencia de so#ree-citaci*n sea apro-imadamente el do#le que su potencia de su#e-citaci*n. La construcci*n del condensador s7ncrono es similar a la de los grandes motores de alta !elocidad" e-cepto que el de!anado de e-citaci*n es más ro#usto" con el prop*sito de soportar una ma(or corriente de e-citaci*n requerida para el %uncionamiento so#ree-citado ( además el e/e ( los co/inetes pueden ser ligeros" de#ido a que no e-iste carga mecánica acoplada a ellos. En general son máquinas de polos salientes con oc$o polos o más.
