Motor sincrónico : Tipos y aplicaciones

En los sistemas eléctricos que utilizamos tanto en las industrias como en las centrales eléctricas o en las necesidades domésticas, los motores y generadores se han convertido en algo habitual. Con la demanda de sistemas de alta eficiencia energética y menor consumo de energía, se observa la invención de nuevos modelos de estos dispositivos eléctricos. El factor básico de cálculo para el funcionamiento fiable de los motores y generadores es el Factor de potencia. Es la relación entre la potencia aplicada y la potencia necesaria. Normalmente, la potencia total consumida en las industrias y fábricas se calcula en función del factor de potencia. Por tanto, el factor de potencia debe mantenerse siempre en la unidad. Pero debido al aumento de la potencia reactiva en estos dispositivos, el factor de potencia disminuye. Para mantener el factor de potencia en la unidad se han introducido muchos métodos. El concepto de motor síncrono es uno de ellos.

¿Qué es un motor síncrono?

La definición de motor síncrono dice que "es un motor de CA en el que, en estado estacionario, la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente aplicada". El motor síncrono funciona como un motor de CA, pero aquí el número total de rotaciones que realiza el eje es igual al múltiplo entero de la frecuencia de la corriente aplicada.

El motor síncrono no depende de la corriente de inducción para funcionar. En estos motores, a diferencia del motor de inducción, los electroimanes de corriente alterna multifásica están presentes en el statorque produce un campo magnético giratorio. El rotor es un imán permanente que se sincroniza con el campo magnético giratorio y gira de forma sincronizada con la frecuencia de la corriente que se le aplica.

Diseño de motores síncronos

El estator y el rotor son los componentes principales del motor síncrono. En este caso, el bastidor del estator tiene una placa envolvente a la que se fijan las barras y los nervios circunferenciales. Para sostener la máquina se utilizan zapatas y soportes de bastidor. Para excitar los devanados de campo con corriente continua, se utilizan anillos rozantes y escobillas.

Para la aplicación de 6 polos se utilizan rotores cilíndricos y redondos. Los rotores de polos salientes se utilizan cuando se requiere una mayor cantidad de polos. La construcción del motor síncrono y del alternador síncrono es similar.

Principio de funcionamiento del motor síncrono

El funcionamiento de los motores síncronos depende de la interacción del campo magnético del estator con el campo magnético del rotor. El estator contiene devanados trifásicos y se alimenta con energía trifásica. Así, el devanado del estator produce un campo magnético giratorio trifásico. Al rotor se le suministra corriente continua.

El rotor entra en el campo magnético giratorio producido por el devanado del estator y gira de forma sincronizada. Ahora, la velocidad del motor depende de la frecuencia de la corriente suministrada.

La velocidad del motor síncrono se controla mediante la frecuencia de la corriente aplicada. La velocidad de un motor síncrono puede calcularse como

Ns=60f/P=120f/p

donde, f = frecuencia de la corriente alterna (Hz)
p = número total de polos por fase
P = número total de pares de polos por fase.

Si se aplica una carga superior a la de rotura, el motor se desincroniza. El devanado trifásico del estator ofrece la ventaja de determinar el sentido de giro. En el caso del devanado monofásico, no es posible derivar el sentido de giro y el motor puede arrancar en cualquiera de los dos sentidos. Para controlar el sentido de giro en estos motores síncronos, se necesitan dispositivos de arranque.

Métodos de arranque del motor síncrono

El momento de inercia del rotor impide el autoarranque de los motores síncronos de gran tamaño. Debido a esta inercia del rotor, no es posible que el rotor se sincronice con el campo magnético del estator en el momento en que se aplica la potencia. Así que se necesita algún mecanismo adicional para ayudar al rotor a sincronizarse.

El bobinado de inducción se incluye en los motores grandes que generan el par necesario para la aceleración. En el caso de los motores muy grandes, para acelerar la máquina sin carga, se utiliza el motor de poni. Cambiando la frecuencia de la corriente del estator, los motores accionados electrónicamente pueden acelerar incluso desde la velocidad cero.

Para los motores muy pequeños, cuando el momento de inercia del rotor y la carga mecánica son deseablemente pequeños, pueden arrancar sin ningún método de arranque.

Tipos de motores síncronos

Según el método de magnetización del rotor, existen dos tipos de motores síncronos

• No excitados.
• Corriente continua Excitada.

Motor no excitado

En estos motores, el rotor está magnetizado por el campo externo del estator. El rotor contiene un campo magnético constante. Para fabricar el rotor se utiliza acero de alta retención, como el acero al cobalto. Se clasifican en motores de imán permanente, de reluctancia y de histéresis.

• En los motores síncronos de imán permanente, se utiliza un imán permanente junto con el acero para el diseño del rotor. Tienen un campo magnético constante en el rotor, por lo que no se puede utilizar el bobinado de inducción para el arranque. Se utilizan como motores de ascensor sin engranajes.

• En el motor de reluctancia, el rotor está formado por una fundición de acero con polos dentados salientes. Para minimizar las ondulaciones del par, los polos del rotor son menores que los del estator. Contiene un bobinado de jaula de ardilla para proporcionar un par de arranque al rotor. Se utiliza en aplicaciones de instrumentación.
• Los motores de histéresis son motores de autoarranque. En este caso, el rotor es un cilindro liso fabricado con acero de cobalto de alta coercitividad magnética. Estos motores son caros y se utilizan cuando se requiere una velocidad constante y precisa. Suelen utilizarse como servomotores.

Motor excitado por corriente continua

Aquí el rotor se excita utilizando la corriente continua suministrada directamente a través de los anillos rozantes. También se utilizan motores de inducción de corriente alterna y rectificadores. Suelen ser de gran tamaño, como los de más de 1 caballo de potencia, etc.

Aplicaciones de los motores síncronos

normalmente, motores síncronos se utilizan para aplicaciones en las que se requiere una velocidad precisa y constante. Entre las aplicaciones de baja potencia de estos motores se encuentran las máquinas de posicionamiento. También se aplican en los actuadores de los robots. Los molinos de bolas, los relojes y los tocadiscos también utilizan motores síncronos. Además, estos motores también se utilizan como servomotores y máquinas de sincronización.

Estos motores están disponibles desde el tamaño de herradura fraccional hasta el tamaño industrial de alta potencia. Cuando se utilizan en tamaños industriales de alta potencia, estos motores realizan dos funciones importantes. Una es como medio eficaz de convertir la energía de CA en energía mecánica y la otra es la corrección del factor de potencia. ¿Con qué aplicación del servomotor te has encontrado?