Maquinas sincronas y de cd

UNIVERSIDAD NACIONAL AUTONOMA DE
MEXICO.

FACULTAD DE ESTUDIOS SUPERIORES DE ARAGÓN.
Laboratorio de maquinas eléctricas

Práctica número 3: Maquinas síncronas y de C.D.

Alumno: Fernández Cano Veronico David Ricardo.

No. de cuenta: 41205778-6.

Grupo: jueves 11-12:30

Ciclo escolar: 2014-1

Fecha de realización: 03102013.

MAQUINA CORRIENTE DIRECTA Y MAQUINA SINCRONA
OBJETIVOS
Estudiar las propiedades del generador de CD en derivación con excitación independiente,
en condición de vacío y de plena carga
Obtener las curvas de saturación del generador
Obtener la curva de voltaje de armadura en función de la corriente de armadura del
generador
Estudiar las propiedades del generador de CD en derivación autoexcitación , en condición
de vacío y de plena carga
Aprender como se conecta el generador auto excitable
Obtener la curva del voltaje de armadura en función de la corriente de armadura del
generador
Estudiar las propiedades del generador compuesto de CD en condición de vacío y de
plena carga
Aprender como se conecta los generadores compuestos y diferencial compuesto
Obtener las curvas del voltaje de armadura en función de la corriente de armadura, en
ambos tipos de generadores
Estudiar las propiedades del generador serie de CD
Aprender como se conecta un generador serie
Obtener la curva del voltaje de armadura en función de la corriente de armadura del
generador serie .
Obtener la característica en corto circuito del alternador.
Observar el efecto de cargas desbalanceadas en el voltaje de salida

Analizar la estructura y características de arranque del motor síncrono trifásico.
Entender la curva característica de la corriente en C.D. y porque el motor síncrono
puede comportarse como inductancia o capacitancia variables.
Determinar las características a plena carga y el par de salida del motor síncrono.
INSTRUMENTOS Y EQUIPO
Modulo de fuente de alimentación ( 120/208 V; 3 fases; 120 cd; 0-120 cd )
Modulo de medición de cd (200 v; 500 mA; 2.5 A)
Modulo de medición de ca (2.5/2.5/2.5 A)
Modulo motor/generador de cd
Modulo motor/generador síncrono
Modulo de resistencia
Cables de conexión
Banda

INTRODUCCIÓN

MOTOR C.D
Caracterizado porque el devanado de excitación (C, D) está conectado a la misma fuente de tensión
que el inducido (A, B).
El arrancador de contacto triple para motores de derivación que se ilustra es visible y se opera
manualmente. El elemento resistor del reóstato se conecta en derivación por medio de seis botones
de contacto. El brazo móvil del reóstato regresa a su primera posición mediante un resorte, y está
dispuesto de manera que se puede mover de un botón de contacto a otro para puentear secciones
del resistor en derivación.
Medimos la corriente de línea y la velocidad del motor y obtuvimos los valores siguientes
E (volts)
120
120
120
120

I (amps)

VELOCIDAD

PAR (ibf plg)
0
3
6
9

DEVANADO EN DERIVACIÓN
Medimos los voltajes y corriente del devanado de campo de derivación que fue vc.d
Calculando la resistencia del devanado obtuvimos que media ohms
Las pérdidas del devanado en derivación que fue watts
DEVANADO EN SERIE
Medimos los voltajes del devanado de campo en serie que fue Vcd
Las pérdidas del devanado en serie que fue de watts
DEVANADO DE LA ARMADURA
Medimos los voltajes del devanado de la armadura en serie que fue Vcd
Las pérdidas del devanado de la armadura que fue de watts
VELOCIDAD DE ROTACION
Velocidad en derivación con cero ohm = 1372
Velocidad en derivación con 300 ohm = 2524
En sentido horario
Invirtiendo la polaridad de la fuente de alimentación el sentido se cambia a anti horario

GENERADOR C.D.
Una maquina de corriente directa puede funcionar como motor o generador.
El generador transforma la potencia mecánica en eléctrica esto se realiza cuando es impulsado
mecánicamente para producir electricidad
Para producir un campo magnético debe fluir una corriente de excitación, se puede suministrar al
devanando del campo en 2 formas:
-

Por una fuente externa independiente de CD (excitación independiente)
Por una fuente interna, es decir proviene de la salida del generador (autoexcitación )

En un generador con autoexcitación, la forma en que el campo se conecte determina las
características del generador
-

Derivación (paralelo)
Serie
Compuesto

PARALELO
Cuando el devanado de campo se conecta en paralelo con la armadura, se induce una pequeña
corriente de campo, si fluye en sentido adecuado, el magnetismo remanente se refuerza, sino, no se
genera voltaje.
COMPUESTO
El elevado valor de regulación de voltaje se debe a 3 factores
La corriente de campo disminuye al caer el voltaje de armadura
La caída de voltaje en la armadura al pasar de vacio a plena carga
La velocidad de operación de motor propulsor puede disminuir con la carga
Los 2 devanados de campo de los generadores compuestos, se conectan de tal manera que sus
campos magnéticos se refuerzan entre si (son aditivos).
Si el campo serie se conecta en tal forma que la corriente de la armadura fluya en un sentido tal
que su campo magnético se oponga al del campo en derivación, se obtiene un generador diferencial
compuesto.
SERIE
Se conecta en serie con el devanado de la armadura.
La
corriente de excitación que pasa por el devanado de campo de un generador serie, es la misma
corriente que la del generador proporciona a la carga.

Si la carga toma más corriente, entonces la corriente de excitación aumenta, el campo magnético de
hace mas intenso y el generador produce un voltaje de salida mayor, es decir los cambios en la
corriente de carga afectan enormemente al voltaje de salida del generador

DESARROLLO
CARACTERÍSTICAS EN VACIO
Se utilizo un motor síncrono para impulsar mecánicamente al generador en la siguiente conexión

Acoplamos el motor síncrono y el generador por medio de una banda
El generador tuvo la siguiente conexión

Variamos la corriente campo en derivación IF posteriormente medimos el voltaje en la armadura
EA
IF (miliampers) EA (volts)
0
50
100
150
200
250
300
350
400

Se tiene un voltaje de la armadura con corriente IF= 0, por que no esta conectada una carga que
genere corriente es decir existe una imantación residual
CARACTERÍSTICAS DE CARGA
Conectamos un modulo de resistencia para generar carga de acuerdo al siguiente circuito

Variamos la resistencia para obtener los siguientes valores
RL (ohms) IA (amps)
Infinita
600
300
200
150
120
100
80
75

EA(volts) POTENCIA (watts)
120
120
120
120
120
120
120
120
120

CONEXIÓN EN PARALELO
Se utiliza la misma configuración anterior con el motor síncrono y el acople mecánico;
se conecto el generador de la siguiente forma

Conectamos un modulo de resistencia para generar carga; Variamos la resistencia para obtener los
siguientes valores
Rl (ohms)
Infinita
600
300
200
150
120
100
80
75

EA(volts)
120
120
120
120
120
120
120
120
120

CONEXIÓN COMPUESTA

Hicimos variar el reóstato de campo y observamos que el voltaje en la armadura EA también lo
hace; lo máximo que se pudo ajustar fue a 260 v.
Conectamos un modulo de resistencia para generar carga; Variamos la resistencia para obtener los
siguientes valores

Rl (ohms)
Infinita
600
300
200
150
120
100
80

EA(volts)
120
120
120
118
120
120
120
120

Cambiamos las conexiones del campo serie para que la corriente de armadura pase por el sentido
opuesto de la siguiente forma

Volvimos a conectar el modulo de resistencia para generar carga; Variamos la resistencia para
obtener los siguientes valores
Rl (ohms)
Infinita
600
300
200
150
120
100
80

EA(volts)
120
105
80
60
41
35
25
20

CONEXIÓN SERIE

Conectamos un modulo de resistencia para generar carga;
Variamos la resistencia para obtener los siguientes valores
RL (ohms) IA (amps)
Infinita
0
600
300
200
150
120
100

EA(volts)
120
6.7
6.5
6
5.9
5.2
4.9
MAQUINA SINCRONA COMO GENERADOR

INTRODUCCION
Los generadores sincrónicos o alternadores son maquinas sincrónicas utilizadas para convertir
potencia mecánica en potencia eléctrica.
En un generador sincrónico se aplica una corriente DC al devanado del rotor, la cual produce un
campo magnético. Entonces el rotor del generador gira mediante un motor primario y produce un
campo magnético rotacional dentro de la maquina. Este campo magnético rotacional induce un
grupo trifásicos de voltaje en los devanadas del estator.

TIPOS DE GENERADORES SICRONOS
La principal diferencia entre los diferentes tipos de generadores síncronos, se encuentra en su
sistema de alimentación en continua para la fuente de excitación situada en el rotor.
Excitación Independiente: excitatriz independiente de continua que alimenta el rotor a
través de un juego de anillos rozantes y escobillas.
Excitatriz principal y excitatriz piloto: la máquina principal de continua tiene como
bobinado de campo otra máquina de excitación independiente, accionada por el mismo eje.
Electrónica de potencia: directamente, desde la salida trifásica del generador, se rectifica la
señal mediante un rectificador controlado, y desde el mismo se alimenta directamente en
continua el rotor mediante un juego de contactores (anillos y escobillas). El arranque se efectúa
utilizando una fuente auxiliar (batería) hasta conseguir arrancar.
Sin escobillas, o diodos giratorios: la fuente de continua es un rectificador no controlado
situado en el mismo rotor (dentro del mismo) alimentado en alterna por un generador situado
también en el mismo eje y cuyo bobinado de campo es excitado desde un rectificador
controlado que rectifica la señal generada por el giro de unos imanes permanentes situados en
el mismo rotor (que constituyen la excitatriz piloto de alterna).
Excitación estática consiste en que el devanado de campo del rotor es alimentado desde una
fuente de alimentación a transformador y rectificadores que toma la tensión y corriente de
salida del estator. El transformador, de tipo especial, posee dos devanados primarios, llamados
de tensión e intensidad, que se conectan en paralelo y en serie a los bornes de salida del estator.
El transformador convierte la tensión de salida a una más baja (30V aprox.), que se rectifica y
aplica al rotor por medio de escobillas y anillos deslizantes. Es un sistema con autorregulación
intrínseca, ya que al tener el bobinado serie, al aumentar el consumo sobre el generador,
aumenta el flujo del transformador y por lo tanto aumenta la excitación del generador.

DESARROLLO
A continuación se desarrollan algunas de las practicas realizadas en el laboratorio en las cuales se
utilizaron a la maquina síncrona como generador.
EL ALTERNANDOR TRIFASICO
Los alternadores generan un voltaje de c-a cuya frecuencia depende totalmente de la velocidad de
rotación. El valor del voltaje generado depende de la velocidad, de la excitación del campo en c-d y
el factor de potencia de la carga. El voltaje de salida aumentara en proporción directa a la
excitación de campo de c-d y con los incrementos progresivos en la corriente de campo de c-d, el
flujo saturara el hierro del alternador.
Las tres fases del generador están espaciadas mecánicamente, los voltajes están desfasados 120
grados eléctricos.
Se realiza el siguiente circuito:

Y se calculo la siguiente tabla:
I1 (Amps)
0
0.1
0.2
0.3
0.4
0.5
0.6
0.7
0.8
0.9

V1 (Volts)
0

Se ajusto la excitación de c-d de E1 = 208 volts y los resultados fueron E2=199v y E3=200v.
Se calcularon los voltajes generados en cada devanado del estator conectado en estrella:E 1 a 4=110
E2a5=110 y E3 a 6=110.
Después se realiza el siguiente circuito:

Se abrió el interruptor de sincronización y se ajusto la excitación de c-d hasta E1= 208 de c-a. El
motor y el modulo de sincronización estaban encendido.
Se midió la corriente de excitación de c-d I1=0.5A c-d.
Se cerro el interruptor del modulo de sincronización y se obtuvo el valor de I 2=1.4 c-d.
Estos resultados de las corrientes son del estado permanente.

POTENCIA DEL ALTERNADOR
La mayoría de los generadores de c-a se usan para alimentar grandes redes de distribución eléctrica
en las que la frecuencia y el voltaje están establecidos por otros generadores que operan dentro del
sistema.
Este alternador de entrada tendrá un flujo constante en su entrehierro, debido a la frecuencia fija y
el voltaje del sistema al que se conecta. El flujo se produce por la corriente de c-del rotor y/o
corrientes alternas del estator. Si la corriente de c-d es menor que la que se requiere para producir
el flujo, el estator tomara potencia reactiva atrasada o inductiva del sistema y por el contrario si la
corriente de c-d del rotor es más grande, el estator tomara potencia reactiva adelantada o
capacitiva del sistema.
Un alternador solo puede entregar potencia real (watts) a un sistema cuando fuerza a su rotor a
adelantarse con respecto a su posición normal en vacio y para lograr esto se debe aplicar un par
mecánico.
Un alternador puede pasar a operar como motor síncrono cuando el motor primario deje de
proporcionarle el par motor.
Se realizo el siguiente circuito:

Se acoplaron los motores, se ajusto el reóstato de campo del motor de c-d, se abrió el interruptor de
sincronización, se ajusto la excitación de c-d del alternador a un voltaje de salida E1=208 v c-a, se
sincronizo el alternador y se calculo E1=208v c-a I1=0.1 e I2=0.7.
Con esto se comprobó que el alternador no entregaba ni reciba potencia del sistema.
Se aumento la excitación de c-d del alternador hasta I1=0.33 A y se midió w1=29 W, w2=-23 W,
E1=208 V c-a y E2=130v c-d.
Después se redujo la excitación de c-d del alternador hasta I1=0.33ª c-d y obtuvieron w1=24 W,
w2=-24 W, E1=208 V c-a y E2=130v c-d.

Se ajusto la excitación de c-d del alternador de tal manera que produzca 60 watts de potencia real
a un factor de potencia al 50% y se utilizaron los siguientes métodos:
Alternador Sobreexcitado
W 1= w
W2= w
I1= A c-a
I2= A c-a
E1=208 v c-a
Alternador Subexcitado
W 1= w
W2=-5 w
I1= A c-a
I2= A c-a
E1=208 v c-a
Se ajusto la excitación de c-d del alternador y el par de motor de c-d, de tal manera que alternador
funcionara como una capacitancia trifásica perfecta obteniendo:
w1=0 W, w2=-0 W, I1=0 A c-a I2=0.65 A c-d y E1=208

EL MOTOR SÍNCRONO
El motor síncrono deriva su nombre del término velocidad síncrona, que es la velocidad natural del
campo magnético giratorio del estator. Como ya se sabe, la velocidad natural de rotación está
determinada por el número de pares de polos y la frecuencia de la potencia aplicada.
El principio de operación del motor síncrono se basa prácticamente en la aplicación de una fuente
multifásica de C.A. a los devanados del estator y se produce un campo magnético rotatorio. Se
aplica una corriente directa a los devanados del rotor y se produce un campo magnético fijo. El
motor está construido de tal forma que cuando estos dos campos magnéticos reaccionan entre sí, el
rotor gira a la misma velocidad que el campo magnético giratorio.
El motor síncrono no tiene par de arranque propio y su rotor de modo que, una vez parado el
motor, no habrá manera de hacer que el rotor entre en acoplamiento magnético giratorio. Por esta
razón, todos los motores síncronos tienen algún medio de arranque. La forma más sencilla de
arrancar un motor síncrono es usar otro motor que lo impulse hasta que el rotor alcance
aproximadamente 90% de su velocidad síncrona.
El motor síncrono requiere una considerable potencia reactiva cuando opera en vacío sin ninguna
excitación de C.D. aplicada al rotor. Actúa como una carga inductiva trifásica en una línea de
potencia. Cuando funciona en vacío el motor síncrono tiene la propiedad de actuar como un
capacitor variable/inductor variable, en donde el valor de la reactancia queda determinada por la
intensidad de corriente directa que fluye por el rotor.
Los motores síncronos, al igual que los de inducción, se pueden sobrecargar en forma temporal. Sin
embargo, a diferencia del motor de inducción, el síncrono mantendrá una velocidad constante
hasta que las condiciones de sobrecarga no excedan determinado punto. El punto máximo de
sobrecarga depende de la excitación de C.D. del rotor. Cuando se sobrepasa este punto, los polos
del rotor se “desacoplan” del campo giratorio del estator y el rotor pierde su sincronismo. Este
punto de sobrecarga se denomina par de salida del motor. Cuando un motor síncrono sale de
sincronismo, hay que desconectarlo de la línea de alimentación tan rápidamente como sea posible.

1. MATERIAL EMPLEADO.
Modulo de motor síncrono
Modulo de electrodinamómetro
Modulo de fuente de alimentación
Wattmetro trifásico
Modulo de interruptor de
sincronización

Modulo de medición de C.A.
Modulo de medición de C.D.
Tacómetro de mano
Cables de conexión
Banda

2. DESARROLLO
I.
Examine la estructura del modulo de motor/generador síncrono, fijándose especialmente
en el motor, los anillos colectores, reóstato, las terminales de conexión y el alambrado.
II.
Identifique los dos anillos colectores y las escobillas.
III.
¿Se pueden mover las escobillas?.....No
IV.
Identifique los devanados amortiguadores de C.D. en el rotor. (Aunque sólo son devanados,
están conectados en tal forma que sus fuerzas magnetomotrices actúan en oposición,
creando así cuatro polos.)
V.
Identifique el devanado del estator y observe que es idéntico al de los motores trifásicos de
jaula de ardilla y de rotor devanado.
VI.
Observe desde la cara delantera del modulo:

a) Los tres devanados independientes del estator están conectados a las terminales 1 y 4, 2 y 5,
3 y 6.
b) ¿Cuál es el voltaje nominal de los devanados del estator?...... 120 V
c) ¿Cuál es la corriente nominal de los devanados del estator?..... 0.8 A
d) El devanado del rotor se conecta ( a través del reóstato de 150 Ω) a las terminales 7 y 8.
e) ¿Cuál es la corriente nominal del devanado del rotor?.... 0.6 A
f) ¿Cuál es el voltaje nominal del devanado del rotor?.... 120 V de C.D.
g) ¿Cuál es la velocidad nominal y la potencia del motor?

CARACTERISTICAS DE ARRANQUE.
Conecte el siguiente circuito:

a) Conecte la fuente de alimentación. Observe que el motor comienza suavemente a funcionar
y sigue operando como un motor ordinario de inducción.
b) Observe el sentido de rotación:

c) Desconecte la fuente de alimentación e intercambie dos de los tres cables que van a la
fuente de alimentación.
d) Conecte la fuente de alimentación y observe el sentido de rotación:

Conecte el siguiente circuito:

a) Conecte la fuente de alimentación. A continuación aplique potencia trifásica cerrando el
interruptor de sincronización y observe lo que sucede. ¡No aplicar potencia más de 10
segundos.
Al momento de aplicar la potencia trifásica a la maquina síncrona, esta responde de
manera brusca con un corto.
b) ¿Qué lectura dio el amperímetro?... Amperes
c) ¿Funciona el aparato como motor de inducción?....
d) Ajuste cuidadosamente la salida de la fuente de alimentación a 120 V de C.D. según lo
indique el medidor de la fuente de alimentación.
En este paso se observa claramente que se reduce la corriente al motor.
a) Conecte la fuente de alimentación y mida rápidamente los siguientes parámetros:

b) Calcule la potencia aparente suministrada al motor en el arranque:
c) Calcule el par a plena carga suministrada correspondiente a

d) Calcule la relación entre el par de arranque y el par a plena carga:

ARMAR EL SIGUIENTE CIRCUITO:

a

.

Llenar la siguiente tabla:

Potencia

Grafica:
70
60
50
40
30
20
10
0
0

0.2

0.4

0.6

0.8

1

Corriente de campo

GENERADOR ASINCRONO
A lo largo del último siglo, la energía eléctrica ha representado una de las necesidades más grandes a
satisfacer. En particular, para los sistemas eléctricos de potencia, el generador síncrono es parte
fundamental en las plantas de generación de energía eléctrica. Por lo tanto es menester tener
conocimiento de los principios básicos de su conformación y operación.
Elementos
Rotor
El generador síncrono es un convertidor de energía electromecánico constituido de una parte móvil
(rotor o inductor) y una parte fija (estator o inducido) las cuales están separas por un entre hierro. El
sistema inductor contiene los polos magnéticos los cuales son excitados con corriente continua y están

destinados para crear el flujo inductor. El sistema comúnmente utilizado cuenta con un circuito de
excitación el cual alimenta los polos del rotor mediante unos anillos colectores que giran con el rotor y
a los cuales llega la corriente proporcionada por la excitación de la máquina.
Esencialmente existen dos tipos de generadores y estos dependen del tipo de rotor que los conforme,
ya sea de polos salientes o de polos lisos. La aplicación de uno u otro está en función de diferentes
variables como el tipo de planta generadora, la velocidad síncrona, etc.

Estator
Hasta estos momentos solo se ha hecho mención a la parte móvil del generador, por lo que la parte fija
es el estator o inducido, el cual está constituido, principalmente de las siguientes partes:
Carcasa
Núcleo magnético
Devanados
Accesorios mecánicos y eléctricos
La carcasa, es la estructura metálica la cual tiene como función sostener y centrar el núcleo magnético
del estator.

Núcleo magnético del Estator
El núcleo magnético, está constituido por un conjunto de coronas circulares de laminación y que
cuenta con ranuras que contendrán los devanados del estator. Este conjunto de laminaciones se
encuentra centrado en la carcasa. Para formar este conjunto de laminaciones se pude utilizar laminas
de acero al silicio de 0.35 a 0.5 mm de espesor ya que presenta perdidas bajas.

Devanados
Los devanados siempre son conectados en estrella y el neutro es conectado a tierra. La conexión en
estrella es preferible por los siguientes motivos:
1. El voltaje por fase es solo 1/√3 ó 58% del voltaje entre líneas, lo que significa que el voltaje mayor
entre un conductor del estator y el núcleo del estator aterrizado es solo 58% del voltaje de línea. Por lo
que se puede reducir el nivel de aislamiento entre las ranuras, por lo que nos permite incrementar la
sección transversal de los conductores. Un conductor mayor nos permite incrementar la corriente y
por ende permite aumentar la potencia de la máquina.
2. Cuando un generador está bajo carga, el voltaje inducido en cada fase tiende a distorsionarse y la
forma de onda no es del todo senoidal. La distorsión es debido al voltaje de tercera armónica. Con la
conexión en estrella la distorsión por armónicas de línea a neutro no aparece entre las líneas porque
ellas se cancelan. Consecuentemente, los voltajes de línea permanece senoidal bajo cualquier
condición de carga.

Sistemas de excitación
Debido a que los generadores síncronos tienen su salida de voltaje en media tensión es necesario hacer
uso de un sistema de excitación en el campo para alcanzar el voltaje de salida.
El diseño del sistema de excitación es parte sustancial del generador debido a que además de mantener
el voltaje de salida estable, debe tener una respuesta rápida ante cambios repentinos de carga de tal
manera que no altere la estabilidad del sistema.
En términos generales los sistemas de excitación se clasifican de acuerdo a la fuente de poder que se
utiliza en la excitación de los cuales se derivan los siguientes:

Corriente Continua (DC)
Corriente Alterna (AC)
Estática

Excitación de DC
En este tipo de excitación se hace uso de generadores de DC que proporcionan la corriente al rotor por
medio de escobillas y añillos deslizantes. Generalmente el excitador es impulsado por el mismo eje del
generador. Debido el constante mantenimiento y reemplazo de escobillas y anillos, causado por el
desgaste de las escobillas o al polvo del carbón, estos sistemas de excitación han sido reemplazados por
sistemas de excitación brushless (sin escobillas). Aun así sistemas de excitación de DC se encuentran
en servicio. La figura no. 1.5 muestra en sistema de excitación de DC típico, el cual cuenta con un
conmutador el cual abastece de corriente continua al campo del generador principal. El excitador es
controlado por un amplidina. Una Amplidina es una máquina de DC de construcción especial que
tiene un conjunto de escobillas separadas en 90° eléctricos, uno sobre el eje directo (d) u otro sobre su
eje de cuadratura.

Excitación de AC
Este tipo de excitación utiliza alternadores como fuentes para la excitación del generador de poder o
principal. Generalmente los dos generadores están montados sobre el mismo eje. La salida del primer
generador es rectificada por un grupo de rectificadores. La salida de DC es alimentada directamente al
rotor del generador síncrono. La armadura del excitador de AC y los rectificadores giran sobre el
mismo eje. En este tipo de sistemas él rectificador trifásico reemplaza al conmutador, los anillos
rosantes y las escobillas.

Rectificación Estacionaria
En este tipo de sistemas la rectificación se realiza mediante rectificadores estacionarios, por lo cual la
excitación se hace a través de anillos deslizantes. Cabe mencionar que en este arreglo no se tiene
control sobre los diodos rectificadores. Lo anterior constata que existen dos modos independientes de
regulación: el primero por un regulador de AC que mantiene el voltaje en los bornes del estator del
alternador principal a un voltaje de referencia de AC, y otro el cual con un regulador de DC mantiene
constante el voltaje en el campo del generador
principal de acuerdo a una referencia determinada.

Estática
En estos sistemas de excitación todos los componentes son estáticos, desde los rectificadores ya sean
controlados o no, como la fuente de excitación de DC para el campo del generador. Aquí la fuente de
alimentación se obtiene desde del mismo generador, a través de un transformador reductor conectado
al mismo bus de fase aislada al que están conectadas las terminales del estator del generador. Dentro
de las características de este tipo de sistemas de excitación se encuentra que debido a que el
transformador está conectado al mismo bus del generador, en caso de que exista una falla externa,
provocará una reducción de voltaje en el generador, por lo que el transformador también disminuirá la
tensión de alimentación al campo del generador.

MAQUINA ASINCRONA COMO MOTOR.
Introducción.
Si lo que hacemos es transformar energía eléctrica en mecánica, la máquina síncrona estará
funcionando como motor. Y los motores asíncronos o de inducción son un tipo de motores eléctricos
de corriente alterna.

Sus bobinas son trifásicas y están desfasadas entre sí a 120ᴼ Cuando por estas bobinas circula
.
un sistema de corrientes trifásicas, se induce un campo magnético giratorio que envuelve al rotor. Este
campo magnético variable va a inducir una tensión en el rotor según la Ley de inducción de Faraday:

Los motores síncronos tienen las siguientes características:
Tienen un estator de trifásico similar al de un motor de inducción. Son usados por lo general
en instalaciones de voltajes medianos.
Tienen un rotor bobinado (campo rotatorio) que tiene el mismo número de polos que el
estator, el cual es excitado por media de una fuente externa de corriente continua.
Arranca como un motor de inducción. El motor síncrono tiene también un devanado tipo jaula
de ardilla conocido como devanado amortiguador que sirve para producir la fuerza de torsión
para el arranque del motor.
Los motores síncronos funcionan como se menciono anteriormente a la velocidad de
sincronismo de acuerdo con la fórmula: RPM = (120 x frecuencia)/Número de polos

Funcionan como motores de colector o motores monofásicos:
El mayor inconveniente de la transmisión en continua es que la tensión no puede modificarse
mediante un transformador y está limitada a 3 kV (para largas distancias provoca caídas
porcentuales de tensión en la línea elevadas, y exige conductores de gran sección).
La ventaja de los motores monofásicos de colector radica en que la catenaria se puede
alimentar a tensiones elevadas (25 kV) y adaptar la tensión al motor con un transformador.
La difusión de estos motores es muy grande (millones de unidades) para aplicaciones
domésticas, de servicios, talleres, oficinas.

Dependiendo de la potencia de la máquina nos podemos encontrar con las siguientes constituciones:
a. Máquinas superiores a 5KVA el devanado inducido está en el estator, encajado en unas ranuras
y el devanado inductor, alimentado por corriente continua, en el rotor.
b. Máquinas inferiores a 5KVA los devanados se colocan de forma inversa, igual que en las
máquinas de corriente continúa.

El efecto Laplace (ó efecto motor).
Todo conductor por el que circula una corriente eléctrica, inmerso en un campo
magnético experimenta una fuerza que lo tiende a poner en movimiento. Simultáneamente se da el
efecto Faraday (ó efecto generador): en todo conductor que se mueva en un campo magnético se
induce una tensión.
El campo magnético giratorio, a velocidad de sincronismo, creado por el bobinado del estator, genera
una fuerza electromotriz de inducción.
La acción mutua del campo giratorio y las corrientes existentes en los conductores del rotor, originan
una fuerza electrodinámica sobre dichos conductores del rotor, las cuales hacen girar el rotor del
motor. La diferencia entre las velocidades del rotor y el campo magnético se denomina deslizamiento.
La cual se calcula con la formula:

Donde:

Circuitos eléctricos.
Los dos circuitos eléctricos van situados uno en las ranuras del estátor (primario) y otro en las del
rotor (secundario), que esta cortocircuitado. El rotor en cortocircuito puede estar formado por bobinas
que se cortocircuitan en el exterior de la maquina directamente o mediante reóstatos; o bien, puede
estar formado por barras de cobre colocadas en las ranuras, que han de ser cuidadosamente soldadas a
dos anillos del mismo material, llamados anillos de cortocircuito. Este conjunto de barras y anillos
forma el motor jaula de ardilla.
También existen motores asíncronos monofásicos, en los cuales el estator tiene un devanado
monofásico y el rotor es de jaula de ardilla. Son motores de pequeña potencia y en ellos, el campo
magnético es igual a la suma de dos campos giratorios iguales que rotan en sentidos opuestos. Estos
motores monofásicos no arrancan por si solos, por lo cual se debe disponer algún medio auxiliar para
él.

Partes del motor Asincrónico.
En la figura se muestra el diagrama del motor asincrónico:

Estator.
Es un devanado trifásico distribuido en ranuras de 120°.
En el interior del estator va colocado el rotor, que es un cilindro de chapa magnética fijado al eje. En su
periferia van dispuestas unas ranuras en las que se coloca el bobinado correspondiente. El entrehierro
de estos motores es constante en toda su circunferencia y su valor debe ser el mínimo posible.
Tiene tres devanados en el estator. Estos devanados están desfasados:
Donde:
p: numero de pares de polos de la maquina.
La siguiente figura muestra un dibujo de un estator:

Rotor.
Existen dos tipos: el bobinado y Jaula de ardilla
Bobinado: los devanados del rotor son similares al estator con el que está asociado. El numero de fases
del rotor no tiene porque ser el mismo que el del estator, lo que si tiene que ser igual es el numero de
polos. Los devanados del rotor están conectados a anillos colectores montados sobre el mismo eje. Un
dibujo del bobinado se ve en la siguiente figura:

Jaula de ardilla: los conductores del rotor están igualmente distribuido por la periferia del rotor. Los
extremos de estos conductores están cortocircuitados, por tanto no hay posibilidad de conexión del
devanado del motor con el exterior. Se mejora las propiedades de arranque y disminuyen el ruido.
Ejemplo de jaula de ardilla:

Las espiras en cortocircuito están formadas por un conjunto de varillas de cobre unidas en sus
extremos a dos anillos también de cobre.

Principios de funcionamiento de las máquinas asíncronas.
Las máquinas asíncronas, son aquellas en las cuales la velocidad de rotación n puede ser diferente que
la síncrona vs, siendo ésta última la velocidad con la que gira el campo magnético dentro de la cavidad
en la que se aloja el rotor.
En estas condiciones, si aplicamos la regla de mano izquierda podemos deducir que sobre la espira
aparecerá un par de fuerzas que provocará que ésta gire en el mismo sentido que el campo magnético.
Cuando la bobina adquiera una cierta velocidad de rotación, la f.e.m. y por lo tanto la corriente
inducida disminuirá. Esto es así porque la velocidad con la que varía el flujo magnético con respecto a
la bobina habrá disminuido en la misma proporción. Por otra parte, esto significa que la velocidad de
rotación del rotor se podrá acercarse a vs pero siempre será menor que ella.

Datos de la Placa.
Todos los motores deben llevar una placa sobre la cual se describen sus características más
importantes. Entre otras, allí se encuentran; la potencia útil del motor, en W, CV o HP, la velocidad de
rotación nominal (n ó v), las tensiones a las que puede trabajar el motor, y las corrientes de líneas
correspondientes y el factor de potencia. Por ejemplo:

Tabla de lecturas.
Potencia

V

I

Velocidad

¼ Hp

120V

2.8A

1800 r. p. m.

Bibliografía.
Chapman Stephen J. Máquinas Eléctricas Ed.McGraw Hill. Colombia 1987. Pág. 397 a
pág. 516.
Dawes, Chester L. Tratado DE Electricidad, Corriente Alterna Tomo II, Gustavo Gilli, S.A.
México, D.F. 1979. Pág. 166 a pág. 254, pág. 398 a pág. 469.
Garduño García, Agapito y Magaña Madrigal Ramón. Máquinas Síncronas. Conversión de
la Energía II. Pág. 9 a pág. 239.
Kosow, Irving L. Máquinas Eléctricas y Transformadores. Reverté, S.A. España 1978. Pág.
170 a pág. 307.
Langsdorf Alexander S. Teoría de las Maquinas de Corriente Alterna.Ed. McGraw Hill.
Book Company España, 1967.
Siskind, Charles L. Electrical Machines. Diret and Alternating Current, McGraw Hill, Tokio
1959.
Vargas Prudente, Pablo. Alternador Síncrono, Conversión de la Energía II Instituto
Politécnico Nacional 1996.
Vargas Prudente, Pablo. Motores Síncronos, Conversión de la Energía II Instituto
Politécnico Nacional 1996.

Vargas Prudente, Pablo. Problemas Resueltos de Máquinas Síncronas, Conversión de la
Energía II. ESIME – IPN 1986.
Vargas Prudente, Pablo. Instructivo de Laboratorio de Conversión de la Energía II. ESIME
IPN

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