Universidad Politécnica Salesiana-Sede Cuenca.

Gabriel Ricardo Solano Sánchez

Practica 10: MOTOR SINCRÓNICO
gsolanos@est.ups.edu.ec
Javier Esteban Jara Jimbo
jjaraj1@est.ups.edu.ec
Dayanna Salome Zhagñay Castro
dzhagnayc@est.ups.edu.ec
Universidad Politécnica Salesiana - Sede Cuenca
Laboratorio de Maquinas Eléctricas II – Grupo 2.

Resumen- En este documento se tratara sobre el motor sincrónico y cómo este funciona o se comporta en vacío y cuando se le
aplica un par con el electrodinamómetro, haciendo una tabla para poder calcular la potencia activa y reactiva analizando cada
uno de los resultados.

I. OBJETIVOS

a) Comprender el funcionamiento de una Máquina Síncrona.

b) Conocer las características de una Máquina Síncrona.
c) Determinar de la potencia activa y reactiva de la máquina.

II. INTRODUCCIÓN

Los maquinas síncronas son un tipo de motor de corriente alterna. Su velocidad de giro es constante y depende de la
frecuencia de la tensión de la red eléctrica a la que esté conectada y por el número de pares de polos del motor, siendo conocida
esa velocidad como "velocidad de sincronismo". Este tipo de motor contiene electromagnetos en el estator del motor que crean
un campo magnético que rota en el tiempo a esta velocidad de sincronismo. En términos prácticos, las máquinas sincrónicas
tienen su mayor aplicación en potencias elevadas, particularmente como generadores ya sea a bajas revoluciones en centrales
hidroeléctricas, o bien a altas revoluciones en turbinas de vapor o gas.

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.

III. MARCO TEORICO

A. GENERADOR SÍNCRONO.

“Los generadores síncronos o alternadores son máquinas sincrónicas que se usan para convertir potencia mecánica en
potencia eléctrica de corriente alterna. Normalmente, son trifásicos y consiste en un electroimán girando (rotor), al lado bobinas,
generalmente conectadas en estrella por efecto de la rotación del rotor va a inducir tensión trifásica en el estator. La corriente
inducida se produce en este caso en los devanados con núcleo de hierro, que están en reposo y se encuentran distribuidos en la
parte interior del estator, dispuestos de forma que queden desplazados entre si 120°.” [ CITATION Ele17 \l 12298 ]

“Durante una vuelta del rotor, los polos Norte y Sur pasan frente a los tres devanados del estator. Por ello, se habla de campo
magnético giratorio CMG. Durante éste proceso, en cada uno de los devanados se genera una tensión alterna monofásica. Las
tres tensiones alternas monofásicas tienen el mismo ciclo en el tiempo, pero desplazadas entre sí en la tercera parte de una vuelta
120°, por lo que se dice que tienen la misma "fase de oscilación", de manera que la tensión y la corriente inducida son
sinusoidales.”[ CITATION Ele17 \l 12298 ]
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“Un generador síncrono está compuesto por varias partes perfectamente separadas, cada una de las cuales tiene una misión
bien definida. Estas son: el estator, el rotor o carcasa, y le excitación.”[ CITATION Ele17 \l 12298 ]

Imagen 3. Partes Componentes de un Generador.[ CITATION Ele17 \l 12298 ]

Estator.

“Está formado por laminaciones delgadas de acero sumamente permeable a fin de reducir las pérdidas en el núcleo. Las
laminaciones se mantienen juntas por medio del bastidor del estator. El bastidor, que puede ser de hierro fundido o fabricarse con
placas soldadas de acero suave, no se diseña para conducir flujo, sino para dar apoyo mecánico al generador
síncrono.”[ CITATION Ele17 \l 12298 ]

“El interior del estator tiene una variedad de ranuras cuyo objetivo es alojar los gruesos conductores de la armadura
(devanados). Los conductores de la armadura se encuentran simétricamente dispuestos para formar un devanado polifásico
equilibrado. Para ello el número de ranuras por polo y por fase debe ser un número entero. La fem inducida por fase en
generadores síncronos de gran tamaño es del orden de kV con capacidad de generación que se mide en MVA.”[ CITATION
Ele17 \l 12298 ]

Imagen 4. Estator de un motor Síncrono.[ CITATION Ele17 \l 12298 ]

Carcaza.

“Carcasa La carcasa es la parte que protege y cubre al estator y al rotor, el material empleado para su fabricación depende del
tipo de motor, de su diseño y su aplicación. Así pues, la carcasa puede ser:”[ CITATION Ele17 \l 12298 ]

a. Totalmente cerrada
b. Abierta
c. A prueba de goteo
d. A prueba de explosiones
e. De tipo sumergible
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Cojinetes.

“Cojinetes También conocidos como rodamientos, contribuyen a la óptima operación de las partes giratorias del motor. Se
utilizan para sostener y fijar ejes mecánicos, y para reducir la fricción, lo que contribuye a lograr que se consuma menos
potencia. Los cojinetes pueden dividirse en dos clases generales:”[ CITATION Ele17 \l 12298 ]

a. Cojinetes de deslizamiento: Operan la base al principio de la película de aceite, esto es, que existe una delgada capa de
lubricante entre la barra del eje y la superficie de apoyo.
b. Cojinetes de rodamiento: Se utilizan con preferencia en vez de los cojinetes de deslizamiento por varias razones:

 Tienen un menor coeficiente de fricción, especialmente en el arranque.

 Son compactos en su diseño
 Tienen una alta precisión de operación.
 No se desgastan tanto como los cojinetes de tipo deslizante.
 Se remplazan fácilmente debido a sus tamaños estándares.

El rotor.

“Los electroimanes o polos generadores del campo magnético se encuentran en la parte giratoria (rotor) del generador
eléctrico. Los polos se realizan sobresaliendo de la superficie de rotor para máquinas de más de cuatro polos (polos salientes), o a
ras de superficie para máquinas de 2 ó 4 polos (polos lisos). Estos polos dispondrán de una corriente continua de excitación
suministrada desde el exterior, mediante anillos rozantes y escobillas o mediante una fuente especial instalada sobre el mismo eje
del generador (excitatriz).”[ CITATION Ele17 \l 12298 ]

“El rotor de un generador síncrono es un gran electroimán, que está sujeto a campos magnéticos variables, se construye con
láminas delgadas agrupadas para reducir las pérdidas por corrientes parásitas; desde el punto de vista constructivo se distinguen
dos formas: de rotor cilíndrico o de polos lisos y rotor de polos salientes. Las MS de rotor cilíndrico se utilizan en aplicaciones
de alta velocidad (2 y 4 polos), turbo alteradores. Las MS de polos salientes es más propiada para bajas velocidades (alto
número de polos) se aplica en hidro-generadores o turbinas hidráulicas.”[ CITATION Ele17 \l 12298 ]

Imagen 4. Rotores de una Máquina Síncrona.[ CITATION Ele17 \l 12298 ]

 Máquina de polos salientes: El rotor presenta expansiones polares que dan lugar a un entrehierro variable.
 Máquina de rotor liso: El devanado de campo está distribuido en varias bobinas situadas en diferentes ángulos.

IV. DESARROLLO
Realizada las conexiones respectivas se procede a tomar los datos de corriente, voltaje y potencia que la máquina tiene en las 3
fases de la misma cuando está en vacío y cuando se aplica un par con el electrodinamómetro.

La conexión de los equipos fue de la siguiente manera:

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Imagen 4. Esquema de Conexión de la Práctica.

Lo primero que se hizo fue tomar datos cuando la máquina está en vacío es decir sin aplicar ningún par desarrollado, la clave
para una buena toma de datos fue mantener la velocidad del motor a 1800rpm; una vez que se toma los datos en vacío se va
aplicando distintos valores de carga con lo cual se realiza una tabla de datos para su respetivo análisis.

T Ie V1 V2 W
W I1 I3 W1 PT QT
L x 2 3 2
18 0. 0.3 0.3 21 21 59. 67. 87.1
0 8.8
00 5 27 69 3 4 1 9 2
0. 18 0. 0.3 0.3 21 21 16. 83. 87.4
67
1 00 5 46 93 3 4 5 5 6
0. 18 0. 0.4 0.4 21 21 20. 103 107.
83
2 00 5 12 17 3 4 7 .7 90
0. 18 0. 0.4 0.4 21 21 28. 118 106.
90
3 00 5 32 38 3 3 4 .4 69
0. 18 0. 0.4 0.4 21 21 100 39. 139 106.
4 00 5 76 83 3 3 .3 1 .4 00
0. 18 0. 0.5 0.5 21 21 110 158 107.
48
5 00 5 14 25 3 3 .2 .2 73
0. 18 0. 0.5 0.5 21 21 123 60. 183 109.
6 00 5 73 83 3 3 .3 1 .4 46
0. 18 0. 0.6 0.6 21 21 135 68. 204 115.
7 00 5 29 43 3 3 .5 7 .2 70

Tabla 1. Datos medidos y calculados del Motor Sincrónico.

Ahora para determinar la potencia Activa (P) se usa la siguiente fórmula:

PT =W 1+W 2

Y para la potencia Reactiva (Q) se usa:

QT =√ 3∗(W 1−W 2)

PT 1 =W 1+W 2
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PT 1 =59.1+ 8.8

PT 1 =67.9 kW

PT 2 =W 1+W 2

PT 2 =67+16.5

PT 2 =83.5 kW

PT 3 =W 1+ W 2

PT 3 =83+20.7

PT 3 =103.7 kW

PT 4=W 1+W 2

PT 4=90+ 28.4

PT 4=118.4 kW

PT 5 =W 1+ W 2

PT 5 =100.3+39.1

PT 5 =139.4 kW

PT 6 =W 1+ W 2

PT 6 =110.2+ 48

PT 6 =158.2 kW

PT 7 =W 1+ W 2

PT 7 =123.3+60.1

PT 7 =183.4 kW

PT 8 =W 1+ W 2

PT 8 =135.5+68.7

PT 8 =204.2 kW

Ahora se calcula la potencia reactiva.

QT 1 =√ 3∗( W 1−W 2)
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QT 1 =√ 3∗( 59.1−8.8)

QT 1 =87.1222 kVAR

QT 2 =√ 3∗( W 1−W 2)

QT 2 =√ 3∗( 67−16.5)

QT 2 =87. 4686 kVAR

QT 3 =√ 3∗(W 1−W 2)

QT 3 =√ 3∗(83−20.7)

QT 3 =107.907 kVAR

QT 4=√ 3∗(W 1−W 2)

QT 4=√ 3∗(90−28.4)

QT 4=106.694 kVAR

QT 5 =√ 3∗(W 1−W 2)

QT 5 =√ 3∗(100.3−39.1)

QT 5 =106.002kVAR

QT 6 =√ 3∗(W 1−W 2)

QT 6 =√ 3∗(110.2−48)

QT 6 =107.734 kVAR

QT 7 =√ 3∗(W 1−W 2)

QT 7 =√ 3∗(123.3−60.1)

QT 7 =109.466 kVAR

QT 8 =√ 3∗(W 1−W 2)

QT 8 =√ 3∗(135.5−68.7)

QT 8 =115.701 kVAR
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V. CONCLUSIONES

Para que la máquina síncrona sea capaz de efectivamente convertir energía mecánica aplicada a su eje, es necesario que
el enrollamiento de campo localizado en el  rotor de la máquina sea alimentado por una fuente de tensión continua de forma que
al girar el campo magnético generado por los polos del rotor tengan un movimiento relativo a los conductores de los
enrollamientos del estator.

La máquina sincrónica se puede utilizar como generador, tanto para alimentar cargas aisladas o para entregar potencia a una red
eléctrica compleja.

Tanto en vacío como cuando se aplica un par la velocidad del motor sincrónico siempre debe estar a 1800rpm, la corriente
incrementa a medida que se incrementa el par y con ello se determina las potencias activa y reactiva.

REFERENCIAS

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%C3%A1quinas-s%C3%ADncronas/principio-de-funcionamiento/. [Último acceso: 07 12 2017].
[2] I. Álvarez, «Máquina Sincrónica,» [En línea]. Available: https://www.google.com.ec/url?
sa=t&rct=j&q=&esrc=s&source=web&cd=1&ved=0ahUKEwjLzt3HxfnXAhWCDOwKHTJOBNQQFggmMAA&ur
l=https%3A%2F%2Fwww4.frba.utn.edu.ar%2Fhtml%2FElectrica%2Farchivos%2FApuntes_EyM
%2FCapitulo_9_Maquina_Sincronica.pdf&usg=AOvVaw29ha29rtDEN4Sk. [Último acceso: 07 12 2017].
[3] CDigital, «CDigital,» [En línea]. Available: https://www.google.com.ec/url?
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QFgg6MAI&url=http%3A%2F%2Fcdigital.dgb.uanl.mx%2Fte
%2F1020070663%2F1020070663_02.pdf&usg=AOvVaw303nfVJXXJv2StH87ftim1. [Último acceso: 07 12 2017].