Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

5.3 Arranque de los motores síncronos 219
En la figura 5-15a) se puede observar la curva en V de un capacitor síncrono. Ya que la potencia
real que suministra a la máquina es cero (excepto por las pérdidas), con un factor de potencia unitario,
la corriente I A 5 0. Conforme se incrementa la corriente de campo por arriba de este punto, la
corriente en la línea (y la potencia reactiva que suministra el motor) aumenta de manera casi lineal
hasta llegar al punto de saturación. La figura 5-15b) muestra el efecto de incrementar la corriente de
campo en el diagrama fasorial del motor.
I A
Saturación
I A3
FP
en retraso
(+ Q consumida)
FP
en adelanto
(+ Q suministrada)
I F
I A2
I A1
jX S I A1 jX S I A2 jX S I A3
V E A1 E A2 E A3
a)
b)
FIGURA 5-15 a) Curva en V de un capacitor síncrono. b) Diagrama fasorial de la máquina correspondiente.
Hoy en día, tanto el precio como el empleo de los capacitores estáticos convencionales son
mucho más económicos que los capacitores síncronos. Sin embargo, aún hay algunos capacitores
síncronos en uso en viejas plantas industriales.
5.3 ARRANQUE DE LOS MOTORES SÍNCRONOS
En la sección 5.2 se estudió el funcionamiento de los motores síncronos bajo condiciones de estado
estacionario. En esa sección se supone que el motor siempre se enciende a velocidad síncrona.
Lo que aún no se ha tomado en cuenta es la siguiente pregunta: ¿cómo llega el motor a velocidad
síncrona?
Para entender la naturaleza del problema de arranque, remítase a la figura 5-16. Ésta muestra un
motor síncrono a 60 Hz en el momento en que se aplica potencia a los devanados del estator. El rotor
del motor está estacionario y, por lo tanto, el campo magnético B R también. El campo magnético del
estator B S comienza a girar dentro del motor a velocidad síncrona.
La figura 5-16a) muestra la máquina en el tiempo t 5 0 s, cuando B R y B S están perfectamente
alineados. Con la ecuación de par inducido
t ind 5 kB R × B S (3-58)
el par inducido en el eje del rotor es cero. En la figura 5-16b) se observa la situación en el tiempo
t 5 1/240 s. En tan corto tiempo el rotor apenas se ha movido, pero el campo magnético del estator
apunta ahora hacia la izquierda. Con la ecuación de par inducido, el par en el eje del rotor ahora
tiene un sentido contrario al de las manecillas del reloj. La figura 5-16c) muestra la situación en el
tiempo t 5 1/120 s. En ese momento B R y B S apuntan en direcciones opuestas y t ind es igual a cero
una vez más. En el tiempo t 5 3/240 s, el campo magnético del estator apunta hacia la derecha y el
par resultante tiene el sentido de las manecillas del reloj.
Por último, en t 5 1/60 s, el campo magnético del estator está alineado una vez más con el
campo magnético del rotor y t ind 5 0. Durante un ciclo eléctrico, el par pasó de tener una dirección
en sentido opuesto a las manecillas del reloj a tener una dirección en el sentido de las manecillas
del reloj y el par promedio durante el ciclo completo es cero. Lo que le sucede al motor es que vibra
muy fuerte con cada ciclo eléctrico y finalmente se sobrecalienta.
Este método de arranque de un motor síncrono no es nada satisfactorio; los gerentes tienden a
enojarse con los empleados que queman un equipo tan caro. Así que, ¿cómo se puede hacer arrancar
un motor síncrono?