Esquemas típicos para el arranque de motores eléctricos síncronos.

Los motores síncronos se utilizan ampliamente en la industria para accionamientos eléctricos que funcionan a velocidad constante (compresores, bombas, etc.). Recientemente, debido al advenimiento de la tecnología de semiconductores de conmutación, se han desarrollado accionamientos eléctricos síncronos controlados.

Las ventajas de los motores síncronos.

Un motor síncrono es un poco más complicado que un motor asíncrono, pero tiene una serie de ventajas, lo que hace posible usarlo en algunos casos en lugar de uno asíncrono.

1. La principal ventaja del motor eléctrico síncrono es la capacidad de obtener un modo óptimo para la energía reactiva, que se lleva a cabo ajustando automáticamente la corriente de excitación del motor. Un motor síncrono puede funcionar sin consumir ni suministrar energía reactiva a la red, a un factor de potencia (cos fi) igual a la unidad. Si la empresa necesita generar potencia reactiva, entonces un motor síncrono que funciona con sobreexcitación puede proporcionarla a la red.

2.Los motores síncronos son menos sensibles a las fluctuaciones de la tensión de red que los motores asíncronos. Su par máximo es proporcional al voltaje de línea, mientras que el par crítico de un motor de inducción es proporcional al cuadrado del voltaje.

3. Los motores síncronos tienen una gran capacidad de sobrecarga. Además, la capacidad de sobrecarga de un motor síncrono se puede aumentar automáticamente aumentando la corriente de excitación, por ejemplo, en el caso de un aumento repentino y breve de la carga en el eje del motor.

4. La velocidad de rotación de un motor síncrono permanece sin cambios para cualquier carga del eje dentro de su capacidad de sobrecarga.

Métodos de arranque de un motor síncrono.

Son posibles los siguientes métodos de arranque de un motor síncrono: arranque asíncrono a tensión de línea plena y arranque a baja tensión a través de un reactor o autotransformador.

El arranque de un motor síncrono se realiza como un arranque asíncrono. El par de arranque interno de una máquina síncrona es pequeño, mientras que el de una máquina de polos implícitos es cero. Para crear un par asíncrono, el rotor está equipado con una jaula de arranque de jaula de ardilla, cuyas barras se insertan en las ranuras del sistema de polos. (Por supuesto, no hay varillas entre los polos en un motor de polo saliente). La misma celda contribuye a aumentar la estabilidad dinámica del motor durante picos de carga.

Debido al par asíncrono, el motor arranca y acelera. No hay corriente de excitación en el devanado del rotor durante la aceleración.La máquina se pone en marcha sin excitación, ya que la presencia de polos excitados complicaría el proceso de aceleración, creando un par de frenado similar al de un motor de inducción durante el frenado dinámico.

Cuando el llamado La velocidad subsíncrona, que difiere de la síncrona en un 3 - 5%, se suministra corriente a la bobina de excitación y el motor, después de varias oscilaciones alrededor de la posición de equilibrio, es atraído por el sincronismo. Los motores de polos expuestos, debido al par reactivo a pares de eje bajos, a veces se ponen en sincronismo sin suministrar corriente a la bobina de campo.

En los motores síncronos es difícil proporcionar simultáneamente los valores requeridos del par de arranque y el par de entrada, entendido como el par asíncrono desarrollado cuando la velocidad alcanza el 95% de la velocidad síncrona. De acuerdo con la naturaleza de la dependencia del par estático de la velocidad, es decir de acuerdo con el tipo de mecanismo para el que está diseñado el motor, los parámetros de la celda de arranque deben cambiarse en las plantas de fabricación de máquinas eléctricas.

A veces, para limitar las corrientes al arrancar motores potentes, se reduce la tensión en los terminales del estator, incluyendo en serie los devanados del autotransformador o las resistencias. Debe tenerse en cuenta que cuando se arranca un motor síncrono, el circuito del devanado de excitación se cierra a una gran resistencia, excediendo la resistencia del propio devanado entre 5 y 10 veces.

De lo contrario, bajo la acción de las corrientes inducidas en el devanado durante el arranque, se produce un flujo magnético pulsante, cuya componente inversa, al interactuar con las corrientes del estator, crea un par de frenado.Este par alcanza su valor máximo a una velocidad ligeramente superior a la mitad de la nominal, y bajo su influencia el motor puede detener la aceleración a esta velocidad. Dejar el circuito de campo abierto durante el arranque es peligroso porque el aislamiento del devanado puede dañarse por la FEM inducida en él.

Tira de película educativa - "Motores síncronos" producidos por la fábrica de materiales educativos en 1966. Puedes verlo aquí: Filmstrip «Synchronous Motor»

Arranque asíncrono de un motor eléctrico síncrono

El circuito de excitación de un motor síncrono con un excitador conectado a ciegas es bastante simple y se puede utilizar si las corrientes de irrupción no provocan una caída de tensión en la red superior al par admisible y estadístico Ms <0,4 Mnom.

El arranque asíncrono de un motor síncrono se realiza conectando el estator a la red. El motor se acelera como un motor de inducción a una velocidad de rotación cercana a la síncrona.

En el proceso de arranque asíncrono, el devanado de excitación se cierra a la resistencia de descarga para evitar la destrucción del devanado de excitación durante el arranque, ya que a baja velocidad del rotor pueden ocurrir sobretensiones importantes en el mismo. A una velocidad de rotación cercana a la sincrónica, se activa el contactor KM (el circuito de alimentación del contactor no se muestra en el diagrama), la bobina de excitación se desconecta de la resistencia de descarga y se conecta a la armadura del excitador. El principio termina.

Unidades típicas de circuitos de excitación de motores síncronos que utilizan excitadores de tiristores para arrancar motores síncronos

La debilidad de la mayoría de los accionamientos eléctricos con motores síncronos, que complica enormemente la operación y aumenta el costo, ha sido la excitación de las máquinas eléctricas durante muchos años. Estos días son ampliamente utilizados para excitar motores síncronos. excitadores de tiristores… Se suministran en conjunto.

Los excitadores de tiristores de los motores eléctricos síncronos son más fiables y tienen una mayor eficiencia. en comparación con los excitadores de máquinas eléctricas. Con su ayuda, las preguntas sobre la regulación óptima de la corriente de excitación para mantener la constancia se resuelven fácilmente. cos phi, la tensión de los embarrados desde los que se alimenta el motor síncrono, así como la limitación de la corriente del rotor y del estator del motor síncrono en los modos de emergencia.

Los excitadores de tiristores están equipados con la mayoría de los grandes motores eléctricos síncronos fabricados. Suelen realizar las siguientes funciones:

• arrancar un motor síncrono con una resistencia de arranque incluida en el circuito de devanado de campo,
• apagado sin contacto de la resistencia de arranque después del final del arranque del motor síncrono y su protección contra sobrecalentamiento,
• suministro automático de excitación en el momento apropiado de arranque del motor eléctrico síncrono,
• ajuste automático y manual de la corriente de excitación
• excitación forzada necesaria en caso de caídas profundas de voltaje en el estator y saltos bruscos de carga en el eje de un motor síncrono,
• extinción rápida del campo de un motor síncrono cuando es necesario reducir la corriente de campo y apagar el motor eléctrico,
• protección del rotor de un motor síncrono contra sobrecorriente continua y cortocircuitos.

Si el motor eléctrico síncrono se arranca a tensión reducida, entonces en un arranque «suave» se excita hasta que el devanado del estator se enciende a tensión plena, y en un arranque «pesado» la excitación se suministra a tensión plena en el circuito del estator. Es posible conectar el devanado de campo del motor a la armadura del excitador en serie con la resistencia de descarga.

El proceso de suministro de excitación a un motor síncrono se automatiza de dos formas: en función de la velocidad y en función de la corriente.

El sistema de excitación y el dispositivo de control para motores síncronos deben proporcionar:

• arrancar, sincronizar y parar el motor (con excitación automática al final del arranque);
• excitación forzada con un factor no inferior a 1,4 cuando la tensión de red desciende a 0,8Un;
• la posibilidad de compensar por el motor la potencia reactiva consumida (dada) por los receptores eléctricos adyacentes dentro de las capacidades térmicas del motor;
• detener el motor en caso de falla en el sistema de excitación;
• estabilización de la corriente de excitación con una precisión del 5% del valor establecido cuando la tensión de red cambia de 0,8 a 1,1;
• regulación de la excitación por desviación de la tensión del estator con una zona muerta del 8%;
• cuando la tensión de alimentación del estator del motor síncrono cambia del 8 al 20%, la corriente cambia del valor establecido a 1,4 In, aumentando la corriente de excitación para garantizar la máxima sobrecarga del motor.

En el diagrama que se muestra en la figura, la excitación se suministra a un motor síncrono mediante un relé electromagnético de CC KT (Sleeving Time Relay).La bobina del relé está conectada a la resistencia de descarga Rdisc a través del diodo VD. Cuando el devanado del estator está conectado a la red eléctrica, se induce una fem en el devanado de excitación del motor. La corriente continua fluye a través de la bobina del relé KT, cuya amplitud y frecuencia de los pulsos dependen del deslizamiento.

Suministro de excitación a un motor síncrono en función de la velocidad

En el arranque, deslizamiento S = 1. A medida que el motor acelera, disminuye y aumentan los intervalos entre las medias ondas corregidas de la corriente; el flujo magnético disminuye gradualmente a lo largo de la curva Ф (t).

A una velocidad próxima a la síncrona, el flujo magnético del relé consigue alcanzar el valor del flujo de caída del relé Fot en el momento en que la corriente no pasa por el relé KT. El relé pierde potencia ya través de su contacto crea un circuito de potencia del contactor KM (el circuito de potencia del contactor KM no se muestra en el diagrama).

Considere el control de la fuente de alimentación en la función actual utilizando un relé de corriente. Con la corriente de arranque, el relé de corriente KA se activa y abre su contacto en el circuito del contactor KM2.

Gráfico de cambios de corriente y flujo magnético en el relé de tiempo KT

Supervisión de la excitación de un motor síncrono en función de la corriente

A una velocidad cercana a la síncrona, el relé KA desaparece y cierra su contacto en el circuito del contactor KM2. El contactor KM2 se activa, cierra su contacto en el circuito de excitación de la máquina y deriva la resistencia Rres.

Ver también: Selección de equipos para el arranque de motores síncronos.