Maquinas Eléctricas-Chapman-5ta-edición

Problemas 227
PREGUNTAS
5-1. ¿Cuál es la diferencia entre un motor síncrono y un generador
síncrono?
5-2. ¿Qué es la regulación de velocidad de un motor síncrono?
5-3. ¿Cuándo se utilizaría un motor síncrono a pesar de que no se
necesitara su característica de velocidad constante?
5-4. ¿Por qué un motor síncrono no puede arrancar por sí mismo?
5-5. ¿Qué técnicas se pueden utilizar para hacer arrancar un motor
síncrono?
5-6. ¿Qué son los devanados de amortiguamiento? ¿Por qué producen
un par unidireccional en el arranque, mientras que el
par que produce el devanado de campo cambia de dirección?
5-7. ¿Qué es un capacitor síncrono? ¿Para qué se utiliza?
5-8. Explique, mediante diagramas fasoriales, qué le sucede a
un motor síncrono conforme varía su corriente de campo.
PROBLEMAS
5-1. Un motor síncrono de 480 V, 60 Hz, 400 hp, con un factor
de potencia de 0.8 en adelanto, con ocho polos, conectado en
D, tiene una reactancia síncrona de 0.6 V y una resistencia
despreciable en el inducido. Pase por alto las pérdidas por
fricción, por rozamiento con el aire y en el núcleo. Suponga
que |E A | es directamente proporcional a la corriente de campo
I F (en otras palabras, suponga que el motor funciona en la
parte lineal de la curva de magnetización) y que |E A | 5 480 V
cuando I F 5 4 A.
a) ¿Cuál es la velocidad de este motor?
b) Si este motor suministra inicialmente 400 hp con un factor
de potencia de 0.8 en retraso, ¿cuáles son las magnitudes
y los ángulos de E A e I A ?
c) ¿Cuál es el valor del par que genera este motor? ¿Cuál
es el ángulo del par d? ¿Qué tan cerca está este valor del
máximo par inducido posible del motor con este ajuste de
corriente de campo?
d) Si se incrementa |E A | 30%, ¿cuál es la nueva magnitud de
la corriente en el inducido? ¿Cuál es el nuevo factor de
potencia del motor?
e) Calcule y dibuje la curva en V del motor con estas condiciones
de carga.
5-2. Suponga que el motor del problema 5-1 opera en condiciones
nominales.
a) ¿Cuáles son las magnitudes y los ángulos de E A e I A , y de
I F ?
b) Suponga que se quita la carga del motor. ¿Cuáles son ahora
las magnitudes y los ángulos de E A y de I A ?
5-3. Un motor síncrono de 230 V, 50 Hz, con dos polos, toma 40
A de una línea con un factor de potencia unitario a plena carga.
Suponga que el motor no tiene pérdidas y responda las
siguientes preguntas:
a) ¿Cuál es el par de salida de este motor? Exprese la respuesta
tanto en newton-metros como en libras-pies.
b) ¿Qué se debe hacer para cambiar el factor de potencia
a 0.85 en adelanto? Explique su respuesta por medio de
diagramas fasoriales.
Del diagrama fasorial obtenga la curva en V del motor síncrono.
5-9. ¿Cuándo corre más peligro de sobrecalentarse el circuito de
campo de un motor síncrono: cuando opera con un factor
de potencia en retraso o en adelanto? Explique por medio de
diagramas fasoriales.
5-10. Un motor síncrono opera con una carga real fija y se incrementa
su corriente de campo. Si cae la corriente en el inducido,
¿el motor operaba inicialmente con un factor de potencia
en adelanto o en retraso?
5-11. ¿Por qué el voltaje aplicado a un motor síncrono se debe degradar
para operar a frecuencias más bajas que la frecuencia
nominal?
c) ¿Cuál será la magnitud de la corriente de línea si se ajusta
el factor de potencia a 0.85 en adelanto?
5-4. Un motor síncrono de 2 300 V, l 000 hp, con un factor de
potencia de 0.8 en adelanto, 60 Hz, con dos polos, conectado
en Y, tiene una reactancia síncrona de 5.0 V y una resistencia
en el inducido de 0.3 V. A 60 Hz, las pérdidas por fricción y
por rozamiento con el aire son de 30 kW y las pérdidas en el
núcleo son de 20 kW. El circuito de campo tiene un voltaje
de cd de 200 V y la I F máxima es de 10 A. La característica
de circuito abierto de este motor se muestra en la figura P5-1.
Conteste las siguientes preguntas sobre el motor y suponga
que lo alimenta un bus infinito.
a) ¿Cuánta corriente de campo se requiere para que esta
máquina opere con un factor de potencia unitario cuando
suministra su plena carga?
b) ¿Cuál es la eficiencia del motor a plena carga con un factor
de potencia unitario?
c) Si se incrementa 5% la corriente de campo, ¿cuál será el
nuevo valor de la corriente en el inducido? ¿Cuál será el
nuevo factor de potencia? ¿Cuánta potencia reactiva consume
o suministra el motor?
d) ¿Cuál es el par máximo que esta máquina es capaz de
suministrar en teoría con un factor de potencia unitario?
¿Y con un factor de potencia de 0.8 en adelanto?
5-5. Dibuje las curvas en V (I A contra I F ) del motor síncrono del
problema 5-4 en condiciones de vacío, de media carga y de
plena carga. (Nótese que la versión electrónica de las características
de circuito abierto de la figura P5-1 está disponible
en el sitio web del libro. Puede ayudar a simplificar el cálculo
que requiere este problema.)
5-6. Si un motor síncrono de 60 Hz se opera a 50 Hz, ¿su reactancia
síncrona será la misma que a 60 Hz o cambiará? (Sugerencia:
Piense en la deducción de X S .)
5-7. Un motor síncrono de 208 V, conectado en Y, toma 50 A con
un factor de potencia unitario de un sistema de potencia de
208 V. La corriente de campo que fluye en estas condiciones
es de 2.7 A. Su reactancia síncrona es de 1.6 V. Suponga que
tiene una característica de circuito abierto lineal.