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MOTORES SINCRONICOS
Boris Byron Carpio Becerra
1 INTRODUCCIÓN 2.3 ALTO RENDIMIENTO.
Estos motores se denominan sincrónicos, La eficiencia en la conversión de energía eléctrica
porque la velocidad de giro depende únicamente en mecánica es más eficiente, generando mayor
de la frecuencia de la corriente de alimentación y ahorro de energía. Los motores mincrónicos son
del número de polos, siendo independiente de la proyectados también para operar con alta
carga que deba vencer. Esta velocidad está dada eficiencia en un largo rango de velocidad y
por la relación: suministrar un mejor aprovechamiento de energía
para una grande variedad de cargas.
N = 120 f / p
2.4 ALTA CAPACIDAD DE PAR.
Donde f es la frecuencia de la red y p el
número de polos del conductor. Los motores sincrónicos son proyectados con altos
pares en régimen, manteniendo la velocidad
De esta propiedad surge la limitación de uso constanteaún en aplicaciones con grandes
de los motores sincrónicos, que se emplean variaciones de carga.
cuando se requiere una velocidad absolutamente
constante. Para los demás casos se prefieren los 2.5 MANTENIMIENTO REDUCIDO.
motores asincrónicos que son más sencillos y
generalizados. Por no necesitar de contactos eléctricos de
deslizamiento para su funcionamiento, los motores
2 ¿POR QUÉ UTILIZAR MOTORES sincrónicos BRUSHLESS no poseen escobillas ni
SINCRÓNICOS? anillos colectores y con esto eliminan la necesidad
de mantenimiento, inspección y limpieza en estos
componentes.
La aplicación de motores sincrónicos en la
industria en la mayoría de los casos resulta en
2.6 MAYOR ESTABILIDAD EN LA
ventajas económicas y operativas considerables
para el usuario debido a sus características de UTILIZACION CON CONVERTIDORES DE
trabajo.Las principales ventajas para utilización de FRECUENCIA.
los motores sincrónicos son:
Pueden actuar en una amplia faja de velocidad,
manteniendo la estabilidad independiente de la
2.1 CORRECCION DEL FACTOR DE
variación de carga. (ej.: laminadoras, extrusoras de
POTENCIA plástico, etc.).
Los motores sincrónicos pueden ayudar a la 3 CAMPO GIRATORIO.
reducción de los costos de energía eléctrica y
mejorar el rendimiento de sistemas de energía,
Hasta aquí hemos considerado al motor sincrónico
corrigiendo el factor de potencia de la red en que
como una espira fija que formaba el estator, y un
están instalados. En pocos años, el ahorro de
par de polos e forma el rotor. En la practica, los
energía eléctrica puede igualar el valor invertido en
motores sincrónicos son trifásicos, de manera que
el motor.
por lo menos tendrán tres bobinados iguales
desplazados 120º geométricos en la periferia del
2.2 MANTENER LA CORRIENTE
estator. La rueda polar o rotor tendrá tantos polos
CONSTANTE. como los que tenga el bobinado del estator.
El motor sincrónico mantiene la velocidad
A fin de comprender mejor el funcionamiento de
constante en las situaciones de sobrecarga y
los motores sincrónicos, nos referiremos al tipo de
también durante momentos de oscilaciones de
campo magnético formado por un devanado
tensión, respetando los límites del par máximo
trifásico, repartido en la periferia del estator y
(pull-out). alimentado por un sistema trifásico sinusoidal, de
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acuerdo a la figura 1, estando las tres sinusoides mientras que I2, tiene su valor máximo, pero es
desplazadas 120º entre sí. negativa. Llevemos esto al gráfico de los flujos de
cada bobina. Los de las bobinas recorridas por I1 e
I3 tendrán un valor dado, proporcional a esas
corrientes, y estarán dirigidas hacia afuera desde
O; el flujo producido por I2, será doble de los otros
y estará dirigido hacia adentro, es decir, hacia O,
pero lo podemos dibujar saliendo de 0 en dirección
opuesta a su bobina. Sumemos ahora los tres
flujos y vemos que da una resultante en la
dirección del 2, y con valor:
R=1.5 2
Y como el Nº 2 estaba en su valor máximo, se ve
Figura 1 que el flujo resultante es 1,5 veces el valor máximo
de cualquiera de las fases.
En el interior del estator el flujo magnético
resultante será la suma de los producidos por las Pasemos ahora al instante 2, de la figura 3. Aquí la
tres bobinas, de manera que en cada instante corriente I1 tiene su valor máximo positivo, y su
habrá que sumar gráficamente los tres flujos de flujo deberá ser saliente de O, y hacia su bobina.
sus respectivas bobinas. Usamos para ello los Las otras dos corrientes tienen la mitad del valor
diagramas vectoriales, pero aplicados a los flujos máximo, pero negativo, y sus flujos deben
alternos. Pero debe hacerse una aclaración: el converger hacia O, o también salir de O pero en
sentido de las líneas de fuerzas de un campo dirección opuesta. En la figura se ve que sumando
magnético depende del sentido de circulación de la los tres vectores se obtiene un vector resultante
corriente que lo produce, tal como resulta de igual al de la posición anterior, pero desplazado de
aplicar la regla del tirabuzón. De manera que si un cierto ángulo en el sentido de las agujas del
aplicamos el tirabuzón a las bobinas de nuestro reloj.
estator supongamos que cuando la corriente es
positiva, o sea hacia arriba del eje en la figura 1, el Pasemos ahora a las posiciones siguientes, y se
flujo será saliente desde el centro geométrico del ve que si se procede en la misma forma, el flujo
estator, y cuando la corriente es negativa será resultante de la posición 3 está dado por el mismo
entrante hacia el centro O. valor que en las otras posiciones, pero corrido más
hacia adelante en el sentido del reloj. Y es
evidente, pues la suma geométrica se hará con un
flujo negativo y máximo, correspondiente a la
corriente I3, que será el único que sale de O en
dirección opuesta a su bobina, y dos flujos de valor
mitad del máximo, en dirección positiva, es decir,
desde O hacia sus respectivas bobinas. Y para la
posición 4 resulta también un flujo del mismo valor
pero desplazado angularmente.
Si se hiciera esta operación para todas las
posiciones o instantes durante un ciclo, se vería
que siempre el flujo resultante en el interior del
estator tiene un valor constante, pero se desplaza
continuamente girando en un sentido determinado.
Cambiando la sucesión de fases, gira en sentido
Figura 2 contrario. Esto permite considerar a ese campo
como equivalente al producido por una corriente
Tomemos la posición 1, que corresponde a un continua, pero que girara continuamente en torno
instante determinado. Las tres corrientes tienen al estator. Por este motivo tal campo se llama:
valores que se pueden ver en la figura 1. I1 e I3, giratorio.
tienen la mitad del valor máximo, y son positivas,
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4 APLICACIONES. motores sincrónicos pueden sustituir a los motores
de corriente continua en aplicaciones de alto
Los motores sincrónicos son fabricados rendimiento. En muchos casos los motores
especialmente para atender las necesidades de sincrónicos pueden ser utilizados para obtener
cada aplicación. Debido a sus características valores de par inferiores al Standard trayendo una
constructivas, operación con alto rendimiento y reducción ventajosa de la corriente de arranque del
adaptabilidad a todos los tipos de ambientes, son motor lo que implica en menor disturbio en el
utilizados prácticamente en todos los segmentos sistema eléctrico durante el arranque y reducción
de la industria, tales como: en las tensiones mecánicas resultantes en los
bobinados del motor. Para un concreto
Minería (zarandas, molinos, cintas
dimensionamiento y aplicación de los motores
transportadoras y otros)
sincrónicos,
Siderurgia (laminadoras, ventiladores,
bombas, compresores)
Papel y celulosa (extrusoras, picadores, 5 CARACTERISTICAS
desfibradoras, compresores, cepilladoras) CONSTRUCTIVAS
Saneamiento (bombas)
Química y petroquímica (compresores, 5.1 CARCASA.
ventiladores, extractores de aire)
Cemento (zarandas, molinos, cintas Su función principal es apoyar y proteger el motor,
transportadoras) alojando también el paquete de chapas y bobinado
Coucho (extrusoras, molinos, mezcladores del estator.Pueden ser construidas en los tipos
horizontal y vertical, con grados de protección de
4.1 MOTORES SINCRONICOS acuerdo con las necesidades del ambiente. La
VERTICALES. carcasa es construida en chapas y perfiles de
acero soldadas, formando un conjunto sólido y
Motores sincrónicos verticales que pueden ser robusto que es la base estructural de la máquina.
suministrados con rodamientosde esferas, de Todo el conjunto de la carcasa recibe un
rodillos o de contacto angular, lubricados con tratamiento de normalización para alivio de
grasa. Dependiendo de la aplicación, como cuando tensiones provocadas por la soldadura.Tal
están sujetos a altas cargas de empuje axial construcción proporciona excelente rigidez
pueden ser fabricados con descansos de estructural (para soportar esfuerzos mecánicos
rodamientos lubricados con aceite o descansos de provenientes de un eventual cortocircuito) y bajas
deslizamiento. Los motores sincrónicos con vibraciones, permitiendo al motor atender las más
construcción vertical son proyectados para atender severas solicitaciones.
las solicitaciones de los clientes para aplicaciones
en bombas, zarandas, mezcladores y otros. 5.2 ESTATOR.
4.2 VELOCIDAD FIJA. Constituido por un paquete laminado de chapas de
acero silicio de alta calidad con ranuras para alojar
Las aplicaciones de motores sincrónicos con el bobinado del estator, que opera con
velocidad fija sejustifican por los bajos costos alimentación de corriente alterna para generar el
operativos, una vez que presentan alto rendimiento campo magnético girante. Lo podemos ver en la
y pueden ser utilizados como compensadores figura 3
sincrónicos para corrección del factor de potencia.
4.3 VELOCIDAD VARIABLE.
Las aplicaciones de motores sincrónicos con
velocidad variable se justifican en aplicaciones de
alto par con baja rotación y larga banda de ajuste
de velocidad. La construcción de los motores para Figura 3.
estas aplicaciones puede ser con o sin escobillas,
dependiendo de las características de carga y 5.3 SISTEMA DE AISLAMIENTO.
ambiente. Debido al mayor rendimiento, menor El sistema de aislamiento está basado en el
tamaño y mayor capacidad de potencia, los proceso de impregnación en vacío –VPI,
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desarrollado en conjunto con los más renombrados rodamientos especiales. Los descansos de
proveedores de materiales aislantes de todo el rodamientos pueden ser lubricados con
mundo. aceite o grasa.
Utilizando resinas epóxicas especiales, este Descansos de deslizamiento: Los
sistema garantiza el perfecto aislamiento del descansos de deslizamiento pueden tener
bobinado de los motores en un proceso con lubricación natural (autolubricantes) o
completa excepción de emisión de gases nocivos lubricación forzada (lubricación externa).
a la atmósfera.
El proceso VPI ha mostrado su eficiencia y 6 TIPOS DE EXITACION.
confiabilidad por muchos años en máquinas
eléctricas girantes en las más variadas
aplicaciones. El sistema de aislamiento es aplicado Los motores sincrónicos necesitan de una fuente
en máquinas de baja y alta tensión que utilizan de corriente continua para alimentar el bobinado
bobinas preformadas desde 380 hasta 15.000 V. de campo (bobinado del rotor), que usualmente es
suministrado a través de anillos colectores y
escobillas (excitatriz estática) o a través de una
5.4 ROTOR. excitatriz girante sin escobillas (brushless).
El rotor puede ser construido con polos lisos o
salientes dependiendo de las características 6.1 EXITACION ESTÁTICA (CON
constructivas del motor y de la aplicación. ESCOBILLAS).
Consiste en las partes activas girantes compuestas
por la corona del rotor, el bobinado de campo y el Motores sincrónicos con excitatriz estática son
bobinado amortiguador. constituidos de anillos colectores y escobillas que
Los polos de campo son magnetizados a través de posibilitan la alimentación de corriente de los polos
la corriente directa de la excitatriz o directamente del rotor a través de contacto deslizante. La
por anillos colectores y escobillas. En corriente continua para alimentación de los polos
funcionamiento, los polos engranan debe ser proveniente de un convertidor y
magnéticamente por el entrehierro y giran en controlador estático CA/CC.
sincronismo con el campo girante del estator.
Los motores sincrónicos con excitatriz estática
Los ejes son fabricados en acero forjado o actualmente están siendo muy utilizados en
laminados y mecanizados según las aplicaciones con variadores de velocidad
especificaciones.La punta de eje normalmente es (convertidores de frecuencia), lo podemos divisar
cilíndrica. en la figura 3
5.5 DESCANSOS.
6.2 EXCITATRIZ BRUSHLESS (SIN
En función de la aplicación, los Motores ESCOBILLAS).
Sincrónicos pueden ser suministrados con
descansos de rodamientos o descansos de Motores sincrónicos con sistema de excitación
deslizamiento, como se ve en la figura 4. brushless poseen una excitatriz girante,
normalmente localizada en un compartimiento en
la parte trasera del motor. Dependiendo de la
operación del motor la excitatriz es construida
como:
Excitatriz con alimentación de corriente
continua en el estator
Excitatriz con alimentación de corriente
Figura 4. alterna en el estator.
Descansos de rodamientos:Estos El rotor de la excitatriz alimenta el bobinado de la
descansos son normalmente constituidos excitación del motor, a través de un puente
con rodamientos de esferas o de rodillos rectificador trifásico, lo podemos divisar en la figura
cilíndricos, dependiendo de la rotación y 5
de los esfuerzos axiales y radiales a que
son sometidos, también en algunas
aplicaciones pueden ser utilizados
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Figura 5.
7 ANALISIS Y CONCLUCIONES.
En el presente ensayo como podemos darnos
cuenta nos ayuda mucho a saber cómoestán constituido
cuales son las ventajas que nos presta, también las
diferentes aplicaciones en donde la podemos aplicar y
sobre todo el principio de funcionamiento básico con sus
respectivas partes especificando que función
desempeña cada una de ellas en el momento de adquirir
una máquina de este tipo.
8 BIBLIOGRAFIA
[1] http://catalogo.weg.com.br
[2] http://www.tuveras.com
[3]http://www.ib.cnea.gov.ar
[4] http://www.portalplanetasedna.com.ar
[5] http://www.frm.utn.edu.ar
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