ESCUELA SUPERIOR POLITECNICA DEL LITORALFacultad de Ingeniera en Electricidad y Computacin

TAREA DE MAQUINARIA ELECTRICA IITransmisiones Sincrnicas: SELSYNEstudiante: Jonathan A. Recalde EspinosaFecha:17 de Marzo del 2014

II Trmino 2013

Guayaquil Ecuador

1. Objetivos

Conocer la definicin de Transmisin Sincrnica Selsyn Conocer los tipos de transmisin Selsyn

2. ResumenEn este documento se empieza por describir el concepto de transmisin sincronica a base de maquinas de induccin, principio tambin conocido como Selsyn. Se analizaran tambin los tipos de transmisin Selsyn existentes, para esta clasificacin se ha considerado el par electromagntico transmitido de una maquina a otra.

3. DesarrolloTransmisiones Sincrnicas: Selsyn

Se define como transmisin sincrnica, un sistema de dos o ms mquinas elctricas rotativas, elctricamente enlazadas, en el que la posicin angular del motor de una de las mquinas, denominada transmisor o emisor, es seguida tan fielmente como sea posible por los rotores de las otras mquinas, denominadas receptoras. Hoy da, la transmisin sincrnica a base de mquinas de induccin tambin se conoce con el nombre de Selsyn.

Podemos definir una transmisin Selsyn como un conjunto de mquinas asncronas iguales de rotor bobinado, cuyos devanados rotricos homlogos estn conectados en paralelo sobre la red y sus devanados estatricos conectados entre s, aunque tambin puede ser al revs.

Esquema de principio de un grupo Selsyn.

Segn el par electromagntico que se transmite de una mquina a otra, se pueden considerar tres tipos de transmisiones Selsyn:

El Selsyn trifsico o de potencia, en el que el par que se transmite es importante, siendo cocido tambin con el nombre de eje elctrico. El Selsyn monofsico o de posicin para pares dbiles, llamado tambin transmisor de ngulos o de rdenes. El Selsyn detector o transformador de control, en el que el par es prcticamente nulo, midindose la desviacin angular entre los rotores del transmisor y l, o los receptores, por el valor de una tensin elctrica.

Selsyn de potencia o rbol elctrico

Este tipo de selsyn permite la transmisin de elevados pares entre el transmisor y el receptor o receptores. El esquema viene reflejado en la siguiente figura:

Esquema elemental del Selsyn de potencia o rbol elctrico.

Est constituido por dos mquinas trifsicas de induccin iguales, de rotor bobinado trifsico y cuyos estatores estn conectados a una misma red de alimentacin y los rotores conectados en oposicin, de las cuales una acta como transmisor y la otra como receptor.Segn su aplicacin, se pueden distinguir dos tipos distintos de rboles elctricos:

El rbol de compensacin o de sincronismo, segn el esquema de la siguiente figura:

Esquema del Selsyn de potencia de compensacin.

El rbol de trabajo, segn el esquema de la figura que sigue:

Esquema del Selsyn de potencia de trabajo.

En el rbol de compensacin los motores elctricos principales M1 y M2 que, en un principio, pueden ser de cualquier tipo, con tal de que sus caractersticas mecnicas (par-velocidad) sean sensiblemente iguales, accionan las cargas C1 y C2, asegurndose el riguroso sincronismo de las velocidades angulares de los ejes de los dos sistemas, motor-carga, por el rbol elctrico que constituyen los motores de induccin S1 y S2.

El par que se transmite a travs del eje elctrico, de uno a otro sistema, es solamente el par diferencial que, como resultado de un distinto par resistente, pueda presentarse entre los dos sistemas, de ah que, salvo diferencias muy acusadas entre los pares resistentes, la potencia de los motores de rbol elctrico, S1 y S2, sea una fraccin de la potencia de los motores principales M1 y M2.

En cambio, en el rbol de trabajo, los motores de induccin, en conexin selsyn S1 y S2, transmiten la potencia mecnica total del motor propulsor M, a la carga C, pudiendo ser sta nica o mltiple. En este caso, la potencia del grupo emisor M - S1 deber ser igual a la suma de las potencias de las mquinas conducidas.

Despreciando la resistencia hmica de los devanados estatricos R1= 0, y a base de considerar los coeficientes de autoinduccin cclica L1 del primario y de induccin mutua M entre el primario y el secundario, las ley de Kirchhoff, aplicada al circuito primario de cada mquina de induccin nos permite afirmar:

Estator mquina S1: U1 jL1 I1a jMI2

Estator mquina S2: U1 jL1 I1b jMI2 e j

El factor ej que aparece en la segunda ecuacin es debido a que admitimos que los ejes de los rotores presentan entre s el decalado angular, en radianes elctricos y el signo negativo del segundo trmino es consecuencia de que si en la mquina emisora en funciones de generador, el sentido de la corriente da lugar a que M sea positiva, en la mquina receptora que actuar como motor, el signo de M debe ser contrario.

La misma ley anterior aplicada al circuito cerrado de los dos rotores, cada uno de los cuales tiene la resistencia R2 y gira con el deslizamiento S (reducido al reposo, la resistencia ser R2 2 S), y considerando tambin los coeficientes de autoinduccin L2 del rotor y el mismo coeficiente de induccin mutua M, valdr:

La corriente magnetizante de cada motor, a base del mismo supuesto (R1=0), valdr:

M i U1 jL1

Si se reducen los rotores al reposo y los circuitos secundarios a primarios, la transmisin sincrnica admite un circuito equivalente como el que se representa en la siguiente figura:

Circuito equivalente real de la transmisin sncrona.

Circuito equivalente aproximado.

Incluso cuando al ser las mquinas iguales, las f.e.m. inducidas en sus secundarios (E2a y E2b) pueden ser iguales en su magnitud, su fase en el tiempo depende de la posicin angular que ocupen los rotores con relacin al campo giratorio, lo que da lugar a que entre ellas exista una diferencia de fase . En consecuencia sobre el circuito rotrico de las dos mquinas acta una tensin igual a la diferencia entre las f.e.m., que determina que la circulacin de la corriente I2, corriente que con el campo magntico resultante en el entrehierro de cada mquina da origen a una par, que en el rotor del transmisor es resistente y tiende a frenarlo y en el rotor del receptor es motor, o sea, que tiende a acelerarlo, todo ello con miras a que ambas f.e.m. lleguen a igualarse en magnitud y fase y se anulen la tensin resultante y la corriente I2, pues ello implicara la eliminacin de los pares que mantienen el servicio del eje elctrico.

En las siguientes figuras se representan las curvas par-deslizamiento y la curva tpica de par-ngulo de diferencia de fase, del rbol elctrico en reposo.

Caracterstica del par en funcin del deslizamiento del rbol elctrico, referidas al receptor y al transmisor.

Caracterstica par-ngulo , del rbol elctrico en reposo.

De ellas se llega a la conclusin que el par mximo cae rpidamente a partir de un deslizamiento inferior a 03. De ah que, prcticamente, un rbol elctrico de potencia, que deba girar siempre en el mismo sentido, se conecte de forma que los rotores giren en sentido opuesto al campo giratorio, para que el deslizamiento sea superior a uno. La puesta en servicio de un rbol elctrico requiere pues el que previamente se asegure el sentido de rotacin inverso al campo y que las conexiones entre los circuitos rotoricos corresponden a los bornes homlogos.

Una vez comprobados los extremos, la siguiente operacin es poner los dos rotores en oposicin, para lo cual se aplica una tensin monofsica a dos bornes homlogos de los estatores de las dos mquinas, con sus rotores conectados en oposicin, uno de ellos inmovilizado y el otro libre. Sincronizados los rotores, se pasa a la conexin trifsica cerrando el interruptor monofsico de la fase que provisionalmente se dej abierta, cmo se puede ver en la siguiente figura:

Esquema de conexiones para la puesta en marcha del rbol elctrico.

Una vez ya que las mquinas estn en la posicin de sincronismo puede comprobarse como al giro del rotor de una mquina corresponde el giro del mismo ngulo en la otra, as como al movimiento giratorio de la primera el movimiento en perfecto sincronismo de la segunda.

El par desarrollado por cada mquina es proporcional, conforme con la expresin obtenida en el motor de induccin, al coseno del ngulo que forman las f.e.m. inducidas en los devanados secundarios y la corriente rotrica:

Como la siguiente figura pone de manifiesto, en el transmisor 2a > 90, el par Ma es negativo (par resistente) y en el receptor 2b < 90 el par es positivo (par motor). Como consecuencia de ello, cualquier desviacin dentre las velocidades de los motores principales, por causa de variaciones de sus respectivas cargas, romper el equilibrio entre las f.e.m. E2a y E2b y la corriente I2, debida a la tensin resultante:

Er E2a E2bCrear los pares de sentido adecuado, para restablecer la igualdad de velocidades de los dos grupos.

Diagrama vectorial de f.e.m. rotricas y corriente rotrica.

Entre las aplicaciones ms frecuentes del rbol elctrico de potencia, cabe citar la sincronizacin de los motores de accionamiento, de los mecanismos de maniobra de puentes levadizos, de los mecanismos dobles de translacin de grandes puentes gras, donde es necesario que la translacin se produzca a la misma velocidad para evitar descarrilamientos y para la apertura de compuertas de presas.

Selsyn de posicin

Los selsyn de posicin son, tambin, transmisiones sincrnicas en las que slo se pretende transmitir a distancia, a base de una simple canalizacin elctrica, una posicin angular u otra magnitud capaz de ser expresada por un ngulo segn una ley bien determinada. En estos tipos de selsyn los pares sincronizados a transmitir son relativamente reducidos y de ah el que la alimentacin sea monofsica, que a las ventajas de ser ms simple y presentar una caracterstica un par en funcin del ngulo ms favorable, une la de una amortiguacin mucho ms rpida de las oscilaciones del rgano mvil del receptor.

La figura anterior muestra el esquema de este tipo de selsyn. El devanado primario monofsico va dispuesto en el rotor, del tipo de polos salientes, conectado directamente a la red alterna monofsica de alimentacin y el secundario, trifsico en conexin estrella, se aloja en el estator, estando unidos directamente entre s, y en oposicin, el estator del emisor y el del receptor.

Si excitamos los devanados primarios, en cada fase de los devanados secundarios se inducirn f.e.m. que sern distintas en valor modular, pero en el tiempo estarn todas ellas en fase por estar inducidas por un mismo flujo, de eje fijo en el espacio. Si a esto aadimos que los dos rotores ocupan la misma posicin relativa en el espacio respecto a los rotores, las f.e.m. en cada una de las fases homlogas del transmisor y receptor sern iguales y opuestas, con lo que no circular corriente entre ambos devanados y por lo tanto no se producir ningn par, tanto en el transmisor como en el receptor.Si ahora hacemos girar el rotor del transmisor un ngulo 1, aparecer una corriente en cada una de las fases, las cuales darn lugar en el receptor a un par que tender a hacerle girar el mismo ngulo 1. Con esto se consigue que el rotor del receptor sea un indicador de la posicin del rotor del generador.

La siguiente figura muestra la curva de par en funcin del ngulo de un selsyn de posicin, cuando su velocidad est prxima a 0, a 1.000 y a 1.500 revoluciones por minuto.

El mismo selsyn transmisor puede accionar varios selsyn receptores, slo con la premisa de que sea capaz de ceder la corriente total necesaria, como se muestra en la siguiente figura:

Constructivamente, los selsyn de posicin se asemejan a pequeos motores de induccin con la diferencia de que el rotor es de polos salientes. En estos aparatos el par oscila entre 0,001 mkp en los ms pequeos hasta 0,01 mkp en los mayores.

Una variante de los selsyn de posicin incluye un selsyn diferencial, como se muestra en la siguiente figura.

Este tipo contiene entre el emisor y el receptor un transformador trifsico giratorio, cuyos devanados estatrico y rotrico son iguales y montados en estrella siendo conectados al emisor y al receptor respectivamente. Con la introduccin de este selsyn diferencial lo que se pretende es que si se hace girar el rotor de S2, ser el rotor del selsyn diferencial Sd el que gire el mismo ngulo pero en sentido opuesto; si hacemos gira el rotor del selsyn S1, quien girar el mismo ngulo y en el mismo sentido ser el rotor de Sd; si giran simultneamente los rotores de S1 y S 2 en el mismo sentido, el rotor de S d girar un ngulo igual a la diferencia de los ngulos girados por S1 yS2, y si los giros se mantienen en el tiempo, el resultado es que la velocidad angular de giro del selsyn diferencial es la diferencia de velocidades angulares de los selsyn S1 yS 2. Si por cualquier causa, se invierten las conexiones de uno de los selsyn (receptor o transmisor), en el selsyn diferencial tendremos la suma de los ngulos o de las velocidades angulares.

Por ltimo, cabe destacar que el error esttico que se puede tener en una transmisin selsyn de posicin simple, es del orden de 1 , error debido sobre todo a los rozamientos de cojinetes. Las oscilaciones del rotor alrededor de su posicin final, pueden determinar errores dinmicos del orden del doble, o triple, del error esttico.

Selsyn detector o transformador de control.

Si en el selsyn de posicin simple alimentamos nicamente el rotor del transmisor y conectamos al rotor del receptor un voltmetro, la tensin que se induce en el rotor del receptor, que es la que nos mide el voltmetro, est en funcin del desplazamiento angular entre los ejes de los dos rotores. El esquema de conexin se ve en la siguiente figura:

Al no tener en este caso corrientes inducidas en el rotor del receptor, no hay transmisin de par mecnico alguno, por lo que la posicin del rotor del emisor, que viene a ser la magnitud de entrada del sistema en este tipo de selsyn, es transformada en una tensin elctrica que constituye la magnitud de salida.

La magnitud de la tensin de salida es sensiblemente proporcional al seno del ngulo de error, o sea, del ngulo complementario del que forma entre s los ejes de los devanados monofsicos rotricos del transmisor y del receptor y la polaridad instantnea depende del sentido de giro.Suponiendo que los rotores son cilndricos y las prdidas nulas, las f.e.m. inducidas en las fases estatricas sern proporcionales a los cosenos de los ngulos que forma el eje del devanado del rotor con los ejes de las fases estatricas. Designado por 1 el ngulo en el transmisor de la fase A, las f.e.m. inducidas en su estator sern:

Ea Em Cos1

Ea Em (Cos1 120o )

Ea Em (Cos1 240o )

Las ecuaciones anteriores determinarn la circulacin de las corrientes Ia, Ib e Ic por las fases A, B y C estatricas.

Este tipo de selsyn es corrientemente utilizado en los dispositivos de regulacin y posicionamiento automtico de alta precisin, en los que no cabe recurrir a un selsyn de posicin por su excesivo error esttico y dinmico.Para estos casos, la tensin de salida del selsyn, que de coincidir exactamente la posicin del eje del rotor con la posicin correcta sera nula, constituye la seal de error, la cual convenientemente amplificada por un amplificador electrnico de alta impedancia de entrada, se aplica al motor que acciona el mecanismo de regulacin, o de posicin. Tambin se puede utilizar no slo un nico transmisor para un receptor, sino que si tiene capacidad suficiente, puede activar varios receptores, denominndose sincrodetector.Los principales errores estticos que pueden producirse en un selsyn de deteccin, son debidos a diferencias entre las resistencias y las reactancias de dispersin de los devanados estatricos del emisor y del receptor y a desequilibrios entre las reactancias de induccin mutua entre el devanado rotrico y los devanados estatricos de una y otra mquina, siendo errores del orden de 03.

4. Conclusiones

La seal de ngulo de Selsyn se puede utilizar para lograr la transmisin de larga distancia, la transformacin, y recibir instrucciones. Dos o ms contacto elctrico a travs del circuito, conectados entre s mecnicamente dos o una pluralidad de ngulo del eje se cambia automticamente para mantener la misma, o una rotacin sincrnica. Este comportamiento se conoce como el motor de las propiedades de todos los pasos. En el sistema de servo, uno genera una seal usada selsyn llamado la mquina de envo, una de la seal recibida utilizado selsyn llama receptores. Selsyn ampliamente utilizado en metalurgia, la navegacin y la otra ubicacin y la orientacin de los sistemas de indicador de sincronizacin y de artillera, del sistema servo de radar.

Otra de las aplicaciones importantes de los sistemas de transmisin sncrona es en la aviacin, donde estos sistemas nos sirven para medir la presin temperatura velocidad de los motores y el contenido en los depsitos de combustible donde si llegase a haber algn cambio por ms pequeo que sea ocurre un cambio en un indicador en donde a su vez est situado en la cabina de un avin. Adems los sistemas sncronos de transmisin de datos reducen considerablemente el peso de la aeronave debido a que no hay necesidad de llevar las tuberas de presin hasta la cabina si no que se transmite la informacin mediante cables reduciendo as el peso.

5. Bibliografa Curso Moderno de Maquinas Elctricas Rotativas, tercer tomo, de Manuel Corts Cherta. http://es.swewe.com/word_show.htm/?319483_1&Selsyn