Son las máquinas cuya velocidad para un número de polos dado es única y está determinada por la frecuencia de la red. Siendo la frecuencia el número de ciclos por unidad de tiempo. Cada espira recorre un polo norte y un polo sur.
f=p*n/60
En Europa y en la mayor parte del mundo la frecuencia de las redes industriales es de 50Hz y en EE.UU y algunos otros países es de 60 Hz)
Cuando funciona como generador la velocidad de la máquina debe ser perfectamente constante.
De la fórmula se deduce que para que una máquina síncrona, funcionando como motor gire a distintas velocidades, hay que alimentarlas con una frecuencia variable, que es específica para cada velocidad. Pero como la corriente eléctrica suministrada por las redes industriales tienen una frecuencia fija, se necesita un variador de frecuencia.
Ventajas
- Trabaja con un factor de potencia muy alto que no hace falta corregir, con lo que se ahorra energía y dinero.
- Mantiene la velocidad constante, es autosincronizado, incluso para variaciones de carga.
- Tiene un alto rendimiento y es muy estable.
- El par motor es proporcional ala tensión y en el asíncrono lo es al cuadrado de la tensión. Así las repercusiones de los descensos de tensión en la red son menores
- El entrehierro es relativamente importante, lo que aumenta la seguridad mecánica.
Por estas ventajas, en accionamientos de Megavatios y velocidad constante, el motor síncrono alimentado desde la red es de gran aplicación.
Inconvenientes
- Un motor síncrono no puede arrancar por sí mismo. Para que funcione tenemos que llevarlas a la velocidad de sincronismo. Por tanto necesitamos de instalaciones adicionales para el arranque.
- Si hay variaciones bruscas de carga, se puede perder la velocidad de sincronismo entre la frecuencia y la velocidad y la máquina se para.
- Dificu8ltades de arranque y problemas de estabilidad.
Una máquina síncrona alimentada directamente desde la red industrial resulta, en principio, poco adecuada para utilizarse como motor.
Cuando vemos la máquina en modo generado, aunque desde un punto de vista teórico es indiferente tener los polos inductores en el estator y la espira en el rotor con la espira colocada en ranuras del estator y los polos inductores alimentados con corriente continua mediante dos anillos rozantes y escobillas o al revés. A nivel tecnológico y constructivo no es lo mismo y se usa la configuración.
Para un buen funcionamiento se necesita que las tensiones de alterna sean los más parecidas posible a una onda senoidal. Para esto pro un lado se modifica la configuración espacial del a onda de inducción y por otro se sustituye la espira por un devanado más complejo.
Con la configuración de tres bobinas diametrales con tres salidas independientes y desfasadas 120º para obtener un sistema trifásico.
En los últimos años debido al descubrimiento y mejora de materiales con muy buenas propiedades magnéticas con samario, cobalto y tierras raras se están utilizando motores síncronos con imanes permanentes, sin devanando en la excitación.
Ventajas de motores con imanes permanentes
Ausencia de anillos rozantes y escobillas. Desaparecen los problemas de mantenimiento asociados a las piezas móviles, que eran las más críticas del motor
Al no existir devanado de excitación se eliminan las pérdidas Joule en el rotores mejora el rendimiento y es más fácil de refrigerar.
Inconvenientes imanes permanentes
Tendencia a desmagnetización de los imanes por las grandes corrientes en el inducido y por altas temperaturas alcanzada en el funcionamiento del motor
La excitación es fija y este valor no se puede modificar. Lo que reduce las configuraciones de funcionamiento del motor.
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A nivel industrial
El campo de aplicación por excelencia de las máquinas síncronas es la generación de energía eléctrica.
Casi toda la energía eléctrica que se produce se genera a través de máquinas síncronas en su versión de generador. Un generador síncrono medio puede ten3er entre 100 y 300 MVA y en las centrales nucleares de hasta 1000 – 1500 MVA. Con salidas de 27KV y corrientes del orden de kA.
Como motor son muy usado en el rango de los 3 a 30 Megavatios compitiendo con los asíncronos.
Hoy en día con las convertomáquinas, conjunto de convertidor electrónico más máquina síncrona, hacen que sean competitivos incluso para potencias inferiores a los 10kW, incluso con velocidades variables. Es un montaje más caro debido al convertidor. pero ya es industrialmente rentable para esas potencias. compitiendo con los motores de continua y con los motores asíncronos.
Fuentes
- Fundamentos de máquinas eléctricas rotativas. Luis Serrano Iribarnegaray
