Para garantir o funcionamento de potentes acionamentos elétricos são usados motores síncronos. Eles encontraram aplicação em unidades de compressores, bombas, sistemas, laminadores e ventiladores. Eles são usados na metalurgia, cimento, óleo e gás e outras indústrias onde é necessário o uso de equipamentos de alta potência. Neste artigo, decidimos dizer aos leitores do site Ele mesmo eletricistacomo os motores síncronos podem ser iniciados.
Contente:
- Vantagens e desvantagens
- Métodos de início
- Começando com um motor auxiliar
- Início assíncrono
- Início de freqüência
- Sistemas de excitação
Vantagens e desvantagens
Estruturalmente, os motores síncronos são mais complexos do que os assíncronos, mas têm uma série de vantagens:
- A operação de motores síncronos é menos dependente de flutuações na tensão de alimentação.
- Comparados aos assíncronos, apresentam maior eficiência e melhores características mecânicas com dimensões menores.
- A velocidade de rotação é independente da carga. Ou seja, as flutuações de carga na faixa de operação não afetam a velocidade.
- Eles podem trabalhar com sobrecargas significativas no eixo. Se ocorrerem sobrecargas de pico de curto prazo, essas sobrecargas são compensadas pelo aumento da corrente no enrolamento de campo.
- Com um modo de corrente de excitação idealmente selecionado, os motores elétricos não consomem ou entregam energia reativa para a rede, ou seja, cosϕ é igual a um. Motores que trabalham com sobreexcitação são capazes de gerar energia reativa. Isso permite que sejam usados não apenas como motores, mas também como compensadores. Se a geração de energia reativa for necessária, uma sobretensão é aplicada ao enrolamento de campo.
Com todas as qualidades positivas dos motores elétricos síncronos, eles têm uma desvantagem significativa - a complexidade da inicialização. Eles não têm torque de partida. É necessário equipamento especial para o lançamento. Isso limitou o uso de tais motores por um longo tempo.
Métodos de início
Os motores elétricos síncronos podem ser iniciados de três maneiras - usando um motor adicional, partida assíncrona e frequência. Ao escolher um método, o design do rotor é levado em consideração.
É realizado com ímãs permanentes, excitação eletromagnética ou combinados. Junto com o enrolamento de excitação, um enrolamento em curto-circuito é montado no rotor - uma gaiola de esquilo. Também é chamado de enrolamento de amortecimento.
Começando com um motor auxiliar
Este método de partida raramente é usado na prática porque é tecnicamente difícil de implementar. É necessário um motor elétrico adicional, conectado mecanicamente ao rotor do motor síncrono.
Com a ajuda do motor de aceleração, o rotor gira até valores próximos à velocidade de rotação do campo do estator (para a velocidade síncrona). Depois disso, uma tensão constante é aplicada ao enrolamento de campo do rotor.
O controle é feito por lâmpadas conectadas em paralelo com a chave, que fornece tensão aos enrolamentos do estator. O switch deve ser desconectado.
No momento inicial, as lâmpadas piscam, mas quando a velocidade nominal é atingida, param de acender. Neste momento, a tensão é aplicada aos enrolamentos do estator. Então, o motor síncrono pode operar de forma independente.
Em seguida, o motor adicional é desconectado da rede elétrica e, em alguns casos, é desconectado mecanicamente. Estas são as características de partida com um motor em aceleração.
Início assíncrono
O método de início assíncrono é o mais comum hoje. Esse lançamento tornou-se possível após uma mudança no design do rotor. Sua vantagem é que não é necessário um motor de aceleração adicional, pois além do enrolamento de excitação hastes de gaiola de esquilo em curto-circuito foram montadas no rotor, o que tornou possível operá-lo de forma assíncrona modo. Sob esta condição, este método de lançamento é generalizado.
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Quando a tensão é aplicada ao enrolamento do estator, o motor acelera no modo assíncrono. Após atingir a velocidade próxima à nominal, o enrolamento de excitação liga.
A máquina elétrica entra no modo de sincronismo. Mas nem tudo é tão simples. Durante a inicialização, surge uma tensão no enrolamento de excitação, que aumenta com o aumento da velocidade. Ele cria um fluxo magnético que afeta as correntes do estator.
Nesse caso, surge um torque de frenagem que pode interromper a aceleração do rotor. Para reduzir os efeitos prejudiciais dos enrolamentos de campo são conectados a um resistor de descarga ou compensação. Na prática, estes resistores são caixas grandes e pesadas, onde espirais de aço são usadas como elemento resistivo. Se isso não for feito, pode ocorrer quebra do isolamento devido ao aumento da tensão. O que levará à falha do equipamento.
Após atingir a velocidade subsíncrona, os resistores são desconectados do enrolamento de excitação, e uma tensão constante é fornecida a ele a partir gerador (no sistema gerador-motor) ou de um excitador tiristor (tais dispositivos são chamados de VTE, TVU, e assim por diante, dependendo de Series). Como resultado, o motor entra no modo síncrono.
As desvantagens desse método são grandes correntes de pico, que causam uma queda significativa de tensão na rede de alimentação. Isso pode levar ao desligamento de outras máquinas síncronas operando nesta linha, em decorrência da operação das proteções de baixa tensão. Para reduzir esse efeito, os circuitos do enrolamento do estator são conectados a dispositivos de compensação que limitam as correntes de inrush.
Pode ser:
- Resistores ou reatores adicionais que limitam as correntes de inrush. Após a aceleração, eles são desviados e a tensão da rede elétrica é aplicada aos enrolamentos do estator.
- O uso de autotransformadores. Com a ajuda deles, a tensão de entrada é reduzida. Quando a velocidade de rotação atinge 95-97% da velocidade de trabalho, ocorre a comutação. Os autotransformadores são desconectados e a tensão CA da rede elétrica é aplicada aos enrolamentos. Como resultado, o motor entra no modo de sincronização. Este método é tecnicamente mais complexo e caro. E os autotransformadores freqüentemente falham. Portanto, na prática, esse método raramente é usado.
Início de freqüência
A partida de frequência de motores síncronos é usada para iniciar dispositivos de alta potência (de 1 a 10 MW) com uma tensão operacional 6, 10 kW, tanto no modo de partida fácil (com carga tipo ventilador), quanto com partida pesada (acionamentos de bola moinhos). Para esses fins, são produzidos soft starters de frequência.
O princípio de operação é semelhante aos dispositivos de alta e baixa tensão operando de acordo com o circuito conversor de frequência. Eles fornecem torque de partida de até 100% do nominal e também fornecem partida de vários motores de um dispositivo. Você vê um exemplo de circuito com um soft starter abaixo, ele é ligado no momento em que o motor dá partida e, em seguida, é removido do circuito, após o que o motor é conectado diretamente à rede.
Sistemas de excitação
Até recentemente, um gerador de excitação independente era usado para excitação. Ele estava localizado no mesmo eixo com um motor elétrico síncrono. Este esquema ainda é usado em algumas empresas, mas está desatualizado e não é mais aplicado. Hoje em dia, excitadores tiristores BTE são usados para regular a excitação.
Eles providenciam:
- modo de partida ideal para um motor síncrono;
- manter a corrente de excitação especificada dentro dos limites especificados;
- regulação automática da tensão de excitação em função da carga;
- limitar a corrente de excitação máxima e mínima;
- um aumento instantâneo na corrente de excitação com uma diminuição na tensão de alimentação;
- supressão do campo do rotor quando desconectado da rede de alimentação;
- monitoramento do estado de isolamento, com notificação de mau funcionamento;
- fornecer uma verificação do estado do enrolamento de campo quando o motor elétrico não estiver funcionando;
- trabalhar com um conversor de frequência de alta tensão, proporcionando partida assíncrona e síncrona.
Esses dispositivos são altamente confiáveis. A principal desvantagem é o preço alto.
Em conclusão, notamos que a forma mais comum de dar partida em motores síncronos é a partida assíncrona. Começar com um motor elétrico adicional praticamente não encontrou aplicação. Ao mesmo tempo, a partida de frequência, que resolve automaticamente os problemas de partida, é bastante cara.
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