Para garantizar el funcionamiento de potentes accionamientos eléctricos se utilizan motores síncronos. Han encontrado aplicación en unidades compresoras, bombas, sistemas, trenes de laminación y ventiladores. Se utilizan en industrias metalúrgicas, cementeras, de petróleo y gas y otras donde es necesario utilizar equipos de alta potencia. En este artículo, decidimos decirle a los lectores del sitio El mismo electricistacómo se pueden arrancar los motores síncronos.
Contenido:
- Ventajas y desventajas
- Métodos de inicio
- Comenzando con un motor de refuerzo
- Inicio asincrónico
- Inicio de frecuencia
- Sistemas de excitación
Ventajas y desventajas
Estructuralmente, los motores síncronos son más complejos que los asíncronos, pero tienen una serie de ventajas:
- El funcionamiento de los motores síncronos depende menos de las fluctuaciones en la tensión de alimentación.
- En comparación con los asíncronos, tienen mayor eficiencia y mejores características mecánicas con dimensiones más pequeñas.
- La velocidad de rotación es independiente de la carga. Es decir, las fluctuaciones de carga en el rango operativo no afectan la velocidad.
- Pueden trabajar con sobrecargas importantes en el eje. Si se producen sobrecargas pico a corto plazo, estas sobrecargas se compensan aumentando la corriente en el devanado de campo.
- Con un modo de corriente de excitación óptimamente seleccionado, los motores eléctricos no consumen ni entregan energía reactiva a la red, es decir, cosϕ es igual a uno. Los motores que funcionan con sobreexcitación son capaces de generar energía reactiva. Esto permite que se utilicen no solo como motores, sino también como compensadores. Si se requiere la generación de energía reactiva, se aplica una sobretensión al devanado de campo.
Con todas las cualidades positivas de los motores eléctricos síncronos, tienen un inconveniente importante: la complejidad de la puesta en marcha. No tienen par de arranque. Se requiere equipo especial para el lanzamiento. Esto limitó el uso de tales motores durante mucho tiempo.
Métodos de inicio
Los motores eléctricos síncronos se pueden arrancar de tres formas: utilizando un motor adicional, arranque asíncrono y de frecuencia. Al elegir un método, se tiene en cuenta el diseño del rotor.
Se realiza con imanes permanentes, excitación electromagnética o combinada. Junto con el devanado de excitación, se monta un devanado en cortocircuito en el rotor: una jaula de ardilla. También se le llama devanado de amortiguación.
Comenzando con un motor de refuerzo
Este método de inicio rara vez se utiliza en la práctica porque es técnicamente difícil de implementar. Se requiere un motor eléctrico adicional, que está conectado mecánicamente al rotor del motor síncrono.
Con la ayuda del motor de aceleración, el rotor gira hasta valores cercanos a la velocidad de rotación del campo del estator (a la velocidad síncrona). Después de eso, se aplica un voltaje constante al devanado del campo del rotor.
El control se realiza mediante bombillas que se conectan en paralelo con el interruptor, que suministra tensión a los devanados del estator. El interruptor debe estar desconectado.
En el momento inicial, las lámparas parpadean, pero cuando se alcanza la velocidad nominal, dejan de encenderse. En este momento, se aplica voltaje a los devanados del estator. Entonces, el motor síncrono puede funcionar de forma independiente.
Luego, el motor adicional se desconecta de la red y, en algunos casos, se desconecta mecánicamente. Estas son las características de arrancar con un motor de aceleración.
Inicio asincrónico
El método de inicio asincrónico es el más común en la actualidad. Tal lanzamiento fue posible después de un cambio en el diseño del rotor. Su ventaja es que no hay necesidad de un motor de aceleración adicional, ya que además del devanado de excitación Se montaron varillas de jaula de ardilla en cortocircuito en el rotor, lo que hizo posible su funcionamiento en forma asíncrona. modo. Bajo esta condición, este método de lanzamiento está muy extendido.
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Cuando se aplica voltaje al devanado del estator, el motor acelera en modo asíncrono. Después de alcanzar la velocidad cercana a la nominal, se enciende el devanado de excitación.
La máquina eléctrica entra en modo de sincronismo. Pero no todo es tan sencillo. Durante el arranque, surge un voltaje en el devanado de excitación, que aumenta al aumentar la velocidad. Crea un flujo magnético que afecta las corrientes del estator.
En este caso, surge un par de frenado que puede detener la aceleración del rotor. Para reducir el efecto dañino del campo, los devanados están conectados a una resistencia de descarga o compensación. En la práctica, estos resistencias son cajas grandes y pesadas, donde se utilizan espirales de acero como elemento resistivo. Si no se hace esto, puede ocurrir una ruptura del aislamiento debido al aumento de voltaje. Qué conducirá a fallas en el equipo.
Después de alcanzar la velocidad subsincrónica, las resistencias se desconectan del devanado de excitación y se le suministra un voltaje constante desde generador (en el sistema generador-motor) o de un excitador de tiristores (tales dispositivos se llaman VTE, TVU, etc., dependiendo de serie). Como resultado, el motor entra en modo síncrono.
Las desventajas de este método son las grandes corrientes de entrada, que provocan una caída de tensión significativa en la red de suministro. Esto puede provocar la parada de otras máquinas síncronas que operan en esta línea, como resultado del funcionamiento de las protecciones de baja tensión. Para reducir este efecto, los circuitos del devanado del estator están conectados a dispositivos de compensación que limitan las corrientes de irrupción.
Puede ser:
- Resistencias o reactores adicionales que limitan las corrientes de entrada. Después de la aceleración, se derivan y se aplica tensión de red a los devanados del estator.
- El uso de autotransformadores. Con su ayuda, se reduce el voltaje de entrada. Cuando la velocidad de rotación alcanza el 95-97% de la velocidad de trabajo, se produce el cambio. Los autotransformadores se desconectan y se aplica tensión de red de CA a los devanados. Como resultado, el motor entra en modo de sincronización. Este método es técnicamente más complejo y caro. Y los autotransformadores a menudo fallan. Por lo tanto, en la práctica, este método rara vez se utiliza.
Inicio de frecuencia
El arranque de frecuencia de motores síncronos se utiliza para arrancar dispositivos de alta potencia (de 1 a 10 MW) con una tensión de funcionamiento. 6, 10 kW, tanto en modo de arranque fácil (con carga tipo ventilador), como con arranque pesado (accionamientos de bola molinos). Para estos fines, se fabrican arrancadores suaves de frecuencia.
El principio de funcionamiento es similar al de los dispositivos de alto y bajo voltaje que funcionan según el circuito del convertidor de frecuencia. Proporcionan un par de arranque de hasta el 100% del nominal y también permiten el arranque de varios motores desde un dispositivo. Verá un ejemplo de un circuito con un arrancador suave a continuación, se enciende durante el tiempo que arranca el motor y luego se retira del circuito, después de lo cual el motor se conecta directamente a la red.
Sistemas de excitación
Hasta hace poco, se utilizaba un generador de excitación independiente para la excitación. Estaba ubicado en el mismo eje con un motor eléctrico síncrono. Este esquema todavía se usa en algunas empresas, pero está desactualizado y ya no se aplica. Hoy en día, los excitadores de tiristores BTE se utilizan para regular la excitación.
Ellos proveen:
- modo de arranque óptimo para un motor síncrono;
- mantener la corriente de excitación especificada dentro de los límites especificados;
- regulación automática de la tensión de excitación en función de la carga;
- limitar la corriente de excitación máxima y mínima;
- un aumento instantáneo de la corriente de excitación con una disminución de la tensión de alimentación;
- supresión del campo del rotor cuando se desconecta de la red de suministro;
- monitoreo del estado del aislamiento, con notificación de un mal funcionamiento;
- proporcionar una verificación del estado del devanado de campo cuando el motor eléctrico no está funcionando;
- funcionan con un convertidor de frecuencia de alto voltaje, proporcionando un arranque asíncrono y síncrono.
Estos dispositivos son muy fiables. La principal desventaja es el alto precio.
En conclusión, observamos que la forma más común de arrancar motores síncronos es el arranque asíncrono. Comenzar con la ayuda de un motor eléctrico adicional prácticamente no encontró aplicación. Al mismo tiempo, el arranque de frecuencia, que resuelve automáticamente los problemas de arranque, es bastante caro.
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