¿Qué es un motor síncrono de campo bobinado (excitación de CC)?
Principio de funcionamiento
Un motor síncrono de campo bobinado tiene un estator trifásico convencional, pero su rotor lleva polos salientes con bobinas de campo alimentadas con corriente continua a través de dos anillos rozantes y escobillas de carbón. El estator genera un campo giratorio a 120 × f / p rpm y los polos excitados del rotor se enganchan a él como dos imanes que se atraen. Una vez enganchado, el rotor gira exactamente a la velocidad síncrona sea cual sea la carga, hasta que ésta es demasiado grande y pierde el paso.
La excitación controla el factor de potencia
La corriente de campo fija la tensión interna E_f que el rotor induce en el estator. Si E_f es menor que la tensión de red, el motor está subexcitado: toma corriente magnetizante de la red y trabaja con factor de potencia inductivo, como un motor de inducción. Al subir la corriente de campo la corriente del estator se pone en fase con la tensión (factor de potencia unitario) y, si se sube más, el motor queda sobreexcitado y entrega potencia reactiva a la red. En vacío y sobreexcitado es un condensador síncrono que corrige el factor de potencia de una planta.
Ángulo de carga, curvas en V y pull-out
La carga no cambia la velocidad; cambia el ángulo de carga δ entre los polos del rotor y el campo giratorio. La potencia sigue P = 3·V·E_f·sen δ / X_s, así que el par es máximo en δ = 90°: el par de pull-out. Es proporcional a la tensión de red y a la corriente de campo, por eso una excitación débil o un hueco de tensión hacen que un motor cargado pierda polos. Al representar la corriente de armadura frente a la corriente de campo con carga fija se obtiene la curva en V: el mínimo está en factor de potencia unitario y la corriente sube a ambos lados.
Arranque y aplicaciones
Un motor síncrono no tiene par neto en reposo, así que las máquinas grandes arrancan como motores de inducción con un devanado amortiguador en las caras polares y se aplica el campo cerca de la velocidad plena para meter el rotor en paso. Las máquinas de campo bobinado mueven grandes compresores, molinos, trituradoras, bombas y grupos motor–generador, donde la velocidad constante, el alto rendimiento y la corrección del factor de potencia justifican los anillos y el excitador.
Preguntas frecuentes
- ¿Cómo cambia la corriente de campo el factor de potencia de un motor síncrono?
- Con carga y tensión constantes, la componente activa de la corriente de armadura no cambia, pero la corriente de campo modifica su componente reactiva. Por debajo de la excitación de factor de potencia unitario el motor está subexcitado e inductivo; por encima, sobreexcitado y capacitivo, y entrega potencia reactiva. Mueva el control de corriente de campo y observe el factor de potencia, la potencia reactiva y la curva en V.
- ¿Qué es el par de pull-out y qué pasa si se supera?
- Es la mayor carga que el rotor puede llevar sin perder el enganche con el campo giratorio y se alcanza con un ángulo de carga de 90°. Si se supera, el rotor desliza un paso polar, el par medio se hunde y la corriente se dispara, por lo que hay que disparar el motor. Subir la corriente de campo o la tensión eleva el límite.
- ¿Por qué un motor síncrono gira a velocidad constante con cualquier carga?
- El rotor está enganchado al campo giratorio, cuya velocidad la fijan la frecuencia y el número de polos (n = 120 × f / p). Más carga sólo aumenta el ángulo de carga, y la velocidad sigue siendo exactamente síncrona hasta pasar el límite de pull-out.