Démarrage de moteurs synchrones: caractéristiques et méthodes de démarrage

Pour assurer le fonctionnement de puissants entraînements électriques sont utilisés moteurs synchrones. Ils ont trouvé une application dans les unités de compresseurs, les pompes, les systèmes, les laminoirs et les ventilateurs. Ils sont utilisés dans la métallurgie, le ciment, le pétrole et le gaz et d'autres industries où il est nécessaire d'utiliser des équipements de haute puissance. Dans cet article, nous avons décidé de dire aux lecteurs du site Électricien lui-mêmecomment démarrer les moteurs synchrones.

Avantages et inconvénients

Structurellement, les moteurs synchrones sont plus complexes que les moteurs asynchrones, mais ils présentent de nombreux avantages :

• Le fonctionnement des moteurs synchrones est moins dépendant des fluctuations de la tension d'alimentation.
• Par rapport aux asynchrones, ils ont un rendement plus élevé et de meilleures caractéristiques mécaniques avec des dimensions plus petites.
• La vitesse de rotation est indépendante de la charge. C'est-à-dire que les fluctuations de charge dans la plage de fonctionnement n'affectent pas la vitesse.
• Ils peuvent travailler avec des surcharges importantes sur l'arbre. Si des surcharges de pointe à court terme se produisent, ces surcharges sont compensées en augmentant le courant dans l'enroulement de champ.
• Avec un mode de courant d'excitation sélectionné de manière optimale, les moteurs électriques ne consomment ni ne fournissent d'énergie réactive au réseau, c'est-à-dire cosϕ est égal à un. Les moteurs fonctionnant en surexcitation sont capables de générer de l'énergie réactive. Cela leur permet d'être utilisés non seulement comme moteurs, mais aussi comme compensateurs. Si la génération d'énergie réactive est requise, une surtension est appliquée à l'enroulement de champ.

Avec toutes les qualités positives des moteurs électriques synchrones, ils présentent un inconvénient important - la complexité du démarrage. Ils n'ont pas de couple de démarrage. Un équipement spécial est requis pour le lancement. Cela a limité l'utilisation de tels moteurs pendant longtemps.

Méthodes de démarrage

Les moteurs électriques synchrones peuvent être démarrés de trois manières - à l'aide d'un moteur supplémentaire, asynchrone et fréquence de démarrage. Lors du choix d'une méthode, la conception du rotor est prise en compte.

Elle est réalisée avec des aimants permanents, une excitation électromagnétique ou combinée. Avec l'enroulement d'excitation, un enroulement court-circuité est monté sur le rotor - une cage d'écureuil. On l'appelle aussi enroulement d'amortissement.

Démarrage avec un moteur d'appoint

Cette méthode de démarrage est rarement utilisée en pratique car elle est techniquement difficile à mettre en œuvre. Un moteur électrique supplémentaire est nécessaire, qui est mécaniquement connecté au rotor du moteur synchrone.

A l'aide du moteur accélérateur, le rotor tourne jusqu'à des valeurs proches de la vitesse de rotation du champ statorique (à la vitesse synchrone). Après cela, une tension constante est appliquée à l'enroulement de champ du rotor.

Le contrôle est effectué par des ampoules connectées en parallèle avec l'interrupteur, qui alimente en tension les enroulements du stator. L'interrupteur doit être débranché.

Au moment initial, les lampes clignotent, mais lorsque la vitesse nominale est atteinte, elles cessent de brûler. A ce moment, une tension est appliquée aux enroulements du stator. Ensuite, le moteur synchrone peut fonctionner indépendamment.

Ensuite, le moteur supplémentaire est déconnecté du secteur et, dans certains cas, il est déconnecté mécaniquement. Ce sont les caractéristiques du démarrage avec un moteur accélérateur.

Démarrage asynchrone

La méthode de démarrage asynchrone est la plus courante aujourd'hui. Un tel lancement est devenu possible après un changement dans la conception du rotor. Son avantage est qu'un moteur d'accélération supplémentaire n'est pas nécessaire, car en plus de l'enroulement d'excitation des tiges de cage d'écureuil court-circuitées ont été montées dans le rotor, ce qui a permis de le faire fonctionner de manière asynchrone mode. A cette condition, ce mode de lancement est répandu.

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Lorsqu'une tension est appliquée à l'enroulement du stator, le moteur accélère en mode asynchrone. Après avoir atteint la vitesse proche de la valeur nominale, le bobinage d'excitation s'enclenche.

La machine électrique passe en mode synchronisme. Mais tout n'est pas si simple. Lors du démarrage, une tension apparaît dans l'enroulement d'excitation, qui augmente avec l'augmentation de la vitesse. Il crée un flux magnétique qui affecte les courants statoriques.

Dans ce cas, un couple de freinage apparaît, qui peut stopper l'accélération du rotor. Pour réduire les effets néfastes des enroulements de champ sont connectés à une résistance de décharge ou de compensation. En pratique, ces résistances sont de grandes boîtes lourdes, où des spirales en acier sont utilisées comme élément résistif. Si cela n'est pas fait, un claquage de l'isolation peut se produire en raison de la hausse de la tension. Ce qui entraînera une défaillance de l'équipement.

Après avoir atteint la vitesse subsynchrone, les résistances sont déconnectées de l'enroulement d'excitation et une tension constante lui est fournie par générateur (dans le système générateur-moteur) ou d'une excitatrice à thyristor (de tels dispositifs sont appelés VTE, TVU, etc., selon séries). En conséquence, le moteur passe en mode synchrone.

Les inconvénients de cette méthode sont les courants d'appel importants, qui provoquent une chute de tension importante dans le réseau d'alimentation. Ceci peut conduire à l'arrêt d'autres machines synchrones fonctionnant sur cette ligne, du fait du fonctionnement des protections basse tension. Pour réduire cet effet, les circuits d'enroulement du stator sont connectés à des dispositifs de compensation qui limitent les courants d'appel.

Ça peut être:

1. Résistances ou selfs supplémentaires qui limitent les courants d'appel. Après l'accélération, ils sont shuntés et la tension secteur est appliquée aux enroulements du stator.
2. L'utilisation d'autotransformateurs. Avec leur aide, la tension d'entrée est réduite. Lorsque la vitesse de rotation atteint 95-97% de la vitesse de travail, la commutation se produit. Les autotransformateurs sont déconnectés et la tension secteur CA est appliquée aux enroulements. En conséquence, le moteur entre en mode de synchronisation. Cette méthode est techniquement plus complexe et coûteuse. Et les autotransformateurs échouent souvent. Par conséquent, dans la pratique, cette méthode est rarement utilisée.

Début de fréquence

Le démarrage en fréquence des moteurs synchrones permet de démarrer des appareils de forte puissance (de 1 à 10 MW) avec une tension de fonctionnement 6, 10 kW, à la fois en mode de démarrage facile (avec charge de type ventilateur) et en démarrage lourd (entraînements à billes moulins). À ces fins, des démarreurs progressifs à fréquence sont produits.

Le principe de fonctionnement est similaire à celui des appareils haute tension et basse tension fonctionnant selon le circuit du convertisseur de fréquence. Ils fournissent un couple de démarrage jusqu'à 100 % du nominal et permettent également le démarrage de plusieurs moteurs à partir d'un seul appareil. Vous voyez un exemple de circuit avec un démarreur progressif ci-dessous, il est allumé pendant le démarrage du moteur, puis il est retiré du circuit, après quoi le moteur est connecté directement au réseau.

Systèmes d'excitation

Jusqu'à récemment, un générateur d'excitation indépendant était utilisé pour l'excitation. Il était situé sur le même arbre avec un moteur électrique synchrone. Ce régime est encore utilisé dans certaines entreprises, mais il est obsolète et n'est plus appliqué. De nos jours, les excitateurs à thyristors BTE sont utilisés pour réguler l'excitation.

Ils fournissent:

• mode de démarrage optimal pour un moteur synchrone ;
• maintenir le courant d'excitation spécifié dans les limites spécifiées ;
• régulation automatique de la tension d'excitation en fonction de la charge ;
• limiter le courant d'excitation maximum et minimum ;
• une augmentation instantanée du courant d'excitation avec une diminution de la tension d'alimentation ;
• suppression du champ rotorique en cas de déconnexion du réseau d'alimentation ;
• surveillance de l'état de l'isolement, avec notification d'un dysfonctionnement ;
• assurer un contrôle de l'état du bobinage inducteur lorsque le moteur électrique ne tourne pas ;
• travailler avec un convertisseur de fréquence haute tension, fournissant un démarrage asynchrone et synchrone.

Ces appareils sont très fiables. Le principal inconvénient est le prix élevé.

En conclusion, notons que la manière la plus courante de démarrer des moteurs synchrones est le démarrage asynchrone. Le démarrage à l'aide d'un moteur électrique supplémentaire n'a pratiquement pas trouvé d'application. Dans le même temps, le démarrage en fréquence, qui résout automatiquement les problèmes de démarrage, est assez coûteux.

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