Estructura y Excitación de Motores Síncronos
El motor síncrono consta de dos componentes principales: el estator (parte fija) y el rotor (parte rotativa). El estator se alimenta con un suministro de CA trifásico, mientras que el rotor se excita con un suministro de CC.
Principio de Excitación:
La excitación se refiere al proceso de inducir campos magnéticos tanto en el estator como en el rotor, transformándolos en electroimanes. Este acoplamiento magnético es esencial para convertir la energía eléctrica en rotación mecánica.
Generación del Campo Magnético en Motores Síncronos
El suministro de CA trifásico induce polos norte y sur alternantes en el estator. Dado que el suministro es sinusoidal, su polaridad (positiva/negativa) se invierte cada medio ciclo, causando que los polos norte y sur del estator se alternen. Esto genera un campo magnético giratorio en el estator.
El campo magnético del rotor se establece mediante un suministro de CC, que fija la polaridad y crea un campo magnético estacionario, lo que significa que sus polos norte y sur permanecen constantes.
La velocidad de rotación del campo magnético del estator se llama velocidad síncrona, determinada por la frecuencia del suministro y el número de polos del motor.
Interacción de Polos Magnéticos en Motores Síncronos
Cuando los polos opuestos del estator y del rotor se alinean, surge una fuerza atractiva entre ellos, generando un par de torsión en sentido contrario a las agujas del reloj. El par, como equivalente rotacional de la fuerza, impulsa al rotor a seguir los polos magnéticos del estator.
Tras cada medio ciclo, la polaridad de los polos del estator se invierte. Sin embargo, la inercia del rotor, su tendencia a resistir cambios en el movimiento, mantiene su posición. Cuando los polos iguales (norte-norte o sur-sur) se alinean, una fuerza repulsiva crea un par de torsión en el sentido de las agujas del reloj.
Para visualizar esto, considere un motor de 2 polos: en la figura siguiente, los polos opuestos del estator y del rotor (N-S o S-N) inducen fuerzas atractivas, como se muestra.
Después de la mitad del ciclo, los polos del estator se invierten. El mismo polo del estator y del rotor se enfrentan, y se desarrolla una fuerza de repulsión entre ellos.
El par no unidireccional hace que el rotor pulse solo en un lugar, y por esta razón, el motor síncrono no es autarrancable.
Mecanismo de Arranque de Motores Síncronos
Para iniciar la operación, el rotor se hace girar primero mediante un accionamiento externo, alineando su polaridad con el campo magnético giratorio del estator. A medida que los polos del estator y del rotor se interconectan, se genera un par unidireccional, arrastrando al rotor a rotar a la velocidad síncrona del campo del estator.
Una vez sincronizado, el motor gira a una velocidad constante igual a la velocidad síncrona, que está fijada por la frecuencia del suministro y el número de polos.
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