Esquemas y métodos típicos para arrancar motores síncronos.
Para garantizar el funcionamiento de potentes accionamientos eléctricos se utilizan motores eléctricos síncronos. Han encontrado aplicación en plantas de compresores, bombas, sistemas, laminadores, ventiladores. Se utilizan en metalurgia, cemento, petróleo y gas y otras industrias donde es necesario utilizar equipos de alta potencia. En este artículo, decidimos contarles a los lectores del sitio ElecroexpertCómo se pueden arrancar los motores sincronizados.
Ventajas y desventajas.
Los motores síncronos son estructuralmente más complicados que los asíncronos, pero tienen varias ventajas:
- El funcionamiento de motores eléctricos síncronos en menor medida depende de las fluctuaciones en el voltaje de la red de suministro.
- En comparación con los asíncronos, tienen una 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 significativas en el eje. Si se producen sobrecargas máximas a corto plazo, un aumento de la corriente en el devanado de campo compensa estas sobrecargas.
- Con un modo de corriente de excitación seleccionado de manera óptima, los motores eléctricos no consumen ni transfieren energía reactiva a la red, es decir. cosϕ es igual a uno. Los motores que trabajan con sobreexcitación son capaces de generar energía reactiva. Lo que les permite ser utilizados no solo como motores, sino también como compensadores. Si se necesita energía reactiva, se aplica un voltaje aumentado a la bobina de campo.
Con todas las cualidades positivas de los motores eléctricos síncronos, tienen un inconveniente significativo: la complejidad de la puesta en marcha. No tienen un par de arranque. Para comenzar, se requiere equipo especial. Esto ha limitado durante mucho tiempo el uso de tales motores.
Métodos de inicio
Los motores eléctricos síncronos pueden arrancarse de tres maneras: usando 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, con excitación electromagnética o combinada. Junto con el devanado de campo, se monta un devanado de cortocircuito, una jaula de ardilla, en el rotor. También se le llama devanado de amortiguación.
Comenzando con un motor de refuerzo
Este método de inicio rara vez se usa en la práctica, porque es difícil de implementar técnicamente. Se requiere un motor eléctrico adicional, que está conectado mecánicamente al rotor del motor síncrono.
Con la ayuda de un motor acelerador, el rotor se desenrolla a valores cercanos a la velocidad de rotación del campo del estator (a velocidad síncrona). Luego se aplica un voltaje constante al devanado de campo del rotor.
El control se lleva a cabo mediante bombillas que están conectadas en paralelo al disyuntor, que suministra voltaje a los devanados del estator. El disyuntor debe estar apagado.
En el momento inicial, las lámparas parpadean, pero cuando alcanzan la velocidad nominal, dejan de arder. En este punto, se aplica voltaje a los devanados del estator. Entonces el motor eléctrico 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 comenzar con un motor de aceleración.
Comienzo asincrónico
El método de inicio asíncrono es, con mucho, el más común. Tal comienzo fue posible después de un cambio en el diseño del rotor. Su ventaja es que no se necesita un motor acelerador adicional, ya que además del devanado de campo, se montaron varillas de jaula de ardilla en cortocircuito en el rotor, lo que permitió arrancarlo en modo asíncrono. Bajo esta condición, este método de puesta en marcha fue ampliamente utilizado.
Inmediatamente recomiendo ver un video sobre el tema:
Cuando se aplica voltaje al devanado del estator, el motor acelera en modo asíncrono. Después de alcanzar revoluciones cercanas a las nominales, se activa el devanado de excitación.
La máquina eléctrica entra en modo de sincronismo. Pero no tan simple. Durante el arranque, aparece un voltaje en el devanado de campo, que aumenta a medida que aumenta la velocidad. Crea un flujo magnético que afecta las corrientes del estator.
En este caso, se produce un par de frenado, que puede detener la aceleración del rotor. Para reducir los efectos nocivos del devanado de campo, están conectados a una resistencia de descarga o compensación. En la práctica, estos resistencias Son cajas grandes y pesadas donde se usan espirales de acero como elemento resistivo. Si esto no se hace, puede ocurrir una falla en el aislamiento debido al aumento de voltaje. Lo que resultará en falla del equipo.
Después de alcanzar la velocidad sub-síncrona, las resistencias se desconectan del devanado de campo y se le aplica un voltaje constante desde el generador (en el sistema generador-motor) o desde el excitador de tiristores (tales dispositivos se denominan VTE, TVU, etc., según la serie). Como resultado, el motor entra en modo síncrono.
Las desventajas de este método son las grandes corrientes de entrada, lo que provoca una reducción significativa en la tensión de alimentación. Esto puede provocar el apagado de otras máquinas síncronas que funcionan en esta línea, como resultado del funcionamiento de las protecciones de bajo voltaje. Para reducir este efecto, los circuitos de bobinado del estator están conectados a dispositivos de compensación que limitan las corrientes de entrada.
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, el voltaje de entrada disminuye. Al alcanzar una velocidad de rotación del 95-97% del trabajo, se produce el cambio. Los autotransformadores se apagan y se aplica voltaje de CA a los devanados. Como resultado, el motor eléctrico entra en modo de sincronización. Este método es técnicamente más complejo y costoso. Y los autotransformadores a menudo fallan. Por lo tanto, en la práctica, este método rara vez se usa.
Inicio de frecuencia
El arranque de frecuencia de motores síncronos se usa para arrancar dispositivos de alta potencia (de 1 a 10 MW) con un voltaje de funcionamiento de 6, 10 KV, tanto en el modo de arranque fácil (con la naturaleza del ventilador de la carga) como con arranque pesado (unidades de molino de bolas). Para estos fines, hay dispositivos de inicio de frecuencia suave disponibles.
El principio de funcionamiento es similar al de los dispositivos de alto y bajo voltaje que funcionan de acuerdo con el circuito del convertidor de frecuencia.Proporcionan un par de arranque de hasta el 100% del valor nominal y también proporcionan el lanzamiento 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. Tal esquema todavía se aplica en algunas empresas, pero está desactualizado y ahora no se aplica. Ahora, para regular la excitación, se utilizan patógenos tiristor VTE.
Ellos proveen:
- modo de arranque óptimo del motor síncrono;
- mantener una corriente de campo dada dentro de límites predeterminados;
- regulación automática de la tensión de excitación según la carga;
- limitación de la corriente de excitación máxima y mínima;
- aumento instantáneo en la corriente de excitación mientras se baja la tensión de alimentación;
- amortiguación del campo del rotor cuando está desconectado de la red de suministro;
- monitoreo del estado del aislamiento con notificación de falla;
- proporcionar un control del estado del devanado de campo cuando el motor está inactivo;
- trabajar con un convertidor de frecuencia de alto voltaje, proporcionando arranque asíncrono y síncrono.
Estos dispositivos son altamente confiables. La principal desventaja es el alto precio.
En conclusión, observamos que la forma más común de arrancar motores síncronos es el arranque asíncrono. Prácticamente no encontré la aplicación de comenzar a usar un motor eléctrico adicional. Al mismo tiempo, un inicio de frecuencia, que le permite resolver automáticamente los problemas de inicio, es bastante costoso.
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