Motors de CA Síncrons: Estructura, Funcionament i Velocitat de Sincronisme

Les màquines elèctriques de CA

Les màquines de corrent altern (CA) es classifiquen principalment en dos tipus:

• Màquines síncrones: Són motors i generadors on el corrent del bobinatge inductor que necessiten és subministrat per una màquina independent en forma de corrent continu (CC).
• Màquines d’inducció: S’utilitzen només com a motors. El corrent del bobinatge inductor els és subministrat per inducció magnètica.

Diferències entre màquines de CC i CA

• La ubicació de les bobines induïdes i inductores és diferent en funció del tipus de màquina.
• En les màquines de CA no hi ha cap connexió elèctrica entre el rotor i l’estator.
• Les màquines de CA no tenen col·lector.

Motors de CA síncrons

Estructura interna

Estator

Format per una carcassa exterior i una peça interior en forma de corona on hi ha tallades unes ranures. S'instal·len tantes ranures com fases. Els més utilitzats són els motors trifàsics, que tenen 3 bobinatges aïllats entre ells a l’estator.

Cada bobinatge està connectat en fase d’un sistema altern trifàsic i col·locat dins de la carcassa de manera que hi hagi un desfasament entre ells de 120 graus elèctrics. Els bobinatges són llargs perquè es fa un tipus de trenat a la paret interior, respectant la posició de 120 graus elèctrics de desfasament entre bobines.

Rotor

Format per un conjunt de barres de coure o alumini col·locades en forma de cilindre i unides pels seus extrems amb uns anells metàl·lics. Té dues parts principals:

1. Bobines inductores: Es bobinen en sentit longitudinal i estan connectades entre elles de manera que creen pols Nord i Sud alternatius.
2. Anells de fregament: Són dos anells metàl·lics que envolten un dels extrems de l’eix, però que estan aïllats entre ells. Cadascun dels enrotllaments que hi ha al rotor està connectat elèctricament amb un dels anells.

Mitjançant unes escombretes es posa en contacte un anell amb el pol negatiu de la màquina que ofereix el CC i l’altre anell amb el pol positiu. Així, el corrent continu arriba a totes les bobines del rotor encara que aquest estigui girant, i independentment de la seva velocitat.

Funcionament dels motors síncrons

Els motors de CA síncrons necessiten un corrent continu (CC) que circuli pels bobinatges del rotor (inductor) i un corrent altern (CA) que circuli pels bobinatges de l’estator (induït). Cadascun dels corrents crea un camp magnètic, la interacció dels quals provoca un moviment giratori del rotor:

• La circulació del CC pels enrotllaments del rotor provoca un camp magnètic constant (perquè és creat per un CC). La seva direcció i sentit es determinen per la regla del tirabuixó.
• En l’estator, un bobinatge bifàsic o trifàsic crea un camp magnètic giratori.

Si els dos camps estan a prop, s'alineen, com ho fan dos imants. Però com que el camp de l’estator està girant, el camp magnètic del rotor i el propi rotor giren tractant d'atrapar-lo.

Velocitat de sincronisme

Velocitat de rotació del camp magnètic giratori

El camp fa una volta sencera dins de l’estator de la màquina per a cada cicle elèctric del corrent que se li aplica. Les màquines bipolars consten d’un pol Nord i un pol Sud. Les màquines de CA reals tenen les seves bobines estatóriques distribuïdes en una mena de trenat a causa de la manca d’espai, amb un desfasament de 120 graus elèctrics entre bobines. Dins l’estator es creen 4 pols i dos electroimants; aquestes màquines es diuen quadripolars.

Perquè el rotor sigui arrossegat una volta sencera, els pols de l’estator han de girar mitja volta. Els motors de CA treballen a velocitat constant perquè són alimentats per una freqüència constant.

Inversió del sentit de gir

Per canviar el sentit de gir, n'hi ha prou amb canviar la connexió entre dues bobines de l’estator.

Arrencada dels motors síncrons

Hi ha tres mètodes principals per arrencar motors síncrons:

1. Reduir la velocitat del camp elèctric de l’estator: Es fa disminuir la velocitat de sincronisme fins que sigui prou baixa perquè el rotor s'enganxi, i es va augmentant progressivament per accelerar el rotor.
2. Utilitzar un motor extern: S'utilitza un motor extern per accelerar el rotor fins a la velocitat de sincronisme. Una vegada el rotor ha accelerat fins a arribar a la velocitat de gir, el motor extern es desconnecta i la velocitat del rotor cau fins a quedar enganxat al camp giratori.
3. Utilització de bobinatges esmorteïdors: Consisteix a muntar unes barres a les cares del rotor i connectar-les entre elles, en curtcircuit.

Un motor síncron amb bobinatges esmorteïdors es pot engegar tot sol. Cal que el motor no estigui carregat per arribar més a prop de la velocitat de sincronisme. També és més estable. Quan gira a la velocitat de sincronisme, no hi ha tensions induïdes a les barres dels bobinatges esmorteïts.