Esquemes típics d'arrencada de motors elèctrics síncrons

Els motors síncrons són molt utilitzats a la indústria per a accionaments elèctrics que funcionen a velocitat constant (compressors, bombes, etc.). Recentment, a causa de l'arribada de la tecnologia de commutació de semiconductors, s'han desenvolupat accionaments elèctrics síncrons controlats.

Els avantatges dels motors síncrons

Un motor síncron és una mica més complicat que un motor asíncron, però té una sèrie d'avantatges, que permeten utilitzar-lo en alguns casos en comptes d'un de asíncron.

1. El principal avantatge del motor elèctric síncron és la capacitat d'obtenir un mode òptim per a l'energia reactiva, que es realitza ajustant automàticament el corrent d'excitació del motor. Un motor síncron pot funcionar sense consumir ni subministrar energia reactiva a la xarxa, amb un factor de potència (cos fi) igual a la unitat. Si l'empresa necessita generar potència reactiva, un motor síncron que funciona amb sobreexcitació la pot donar a la xarxa.

2.Els motors síncrons són menys sensibles a les fluctuacions de la tensió de la xarxa que els motors asíncrons. El seu parell màxim és proporcional a la tensió de línia, mentre que el parell crític d'un motor d'inducció és proporcional al quadrat de la tensió.

3. Els motors síncrons tenen una gran capacitat de sobrecàrrega. A més, la capacitat de sobrecàrrega d'un motor síncron es pot augmentar automàticament augmentant el corrent d'excitació, per exemple, en el cas d'un augment sobtat a curt termini de la càrrega a l'eix del motor.

4. La velocitat de rotació d'un motor síncron es manté inalterada per a qualsevol càrrega de l'eix dins de la seva capacitat de sobrecàrrega.

Mètodes d'arrencada d'un motor síncron

Són possibles els mètodes següents per engegar un motor síncron: arrencada asíncron a plena tensió de línia i arrencada a baixa tensió a través d'un reactor o autotransformador.

L'arrencada d'un motor síncron es realitza com a arrencada asíncron. El parell d'arrencada intern d'una màquina síncrona és petit, mentre que el d'una màquina de pols implícits és zero. Per crear un parell asíncron, el rotor està equipat amb una gàbia d'arrencada de gàbia d'esquirol, les barres de la qual s'insereixen a les ranures del sistema de pals. (Per descomptat, no hi ha barres entre els pols en un motor de pols sortints.) La mateixa cèl·lula contribueix a augmentar l'estabilitat dinàmica del motor durant els pics de càrrega.

A causa del parell asíncron, el motor arrenca i accelera. No hi ha corrent d'excitació al bobinatge del rotor durant l'acceleració.La màquina s'engega sense excitació, ja que la presència de pols excitats complicaria el procés d'acceleració, creant un parell de frenada similar al d'un motor d'inducció durant la frenada dinàmica.

Quan l'anomenat La velocitat subsíncrona, que difereix de la síncrona en un 3-5%, el corrent es subministra a la bobina d'excitació i el motor, després de diverses oscil·lacions al voltant de la posició d'equilibri, se sent atret pel sincronisme. Els motors de pols exposats, a causa del parell reactiu amb parells baixos de l'eix, de vegades es posen en sincronisme sense subministrar corrent a la bobina de camp.

En els motors síncrons, és difícil proporcionar simultàniament els valors requerits del parell d'arrencada i del parell d'entrada, que s'entén com el parell asíncron desenvolupat quan la velocitat arriba al 95% de la velocitat síncrona. D'acord amb la naturalesa de la dependència del parell estàtic de la velocitat, és a dir. d'acord amb el tipus de mecanisme per al qual està dissenyat el motor, els paràmetres de la cèl·lula d'arrencada s'han de modificar a les plantes de fabricació de màquines elèctriques.

De vegades, per tal de limitar els corrents en arrencar motors potents, es redueix la tensió als terminals de l'estator, incloent en sèrie els bobinatges de l'autotransformador o resistències. Cal tenir en compte que quan s'engega un motor síncron, el circuit del bobinatge d'excitació es tanca a una gran resistència, superant la resistència del mateix bobinatge en 5-10 vegades.

En cas contrari, sota l'acció dels corrents induïts en el bobinatge durant l'arrencada, es produeix un flux magnètic pulsatori, el component invers del qual, en interaccionar amb els corrents de l'estator, crea un parell de frenada.Aquest parell assoleix el seu valor màxim a una velocitat lleugerament superior a la meitat de la nominal, i sota la seva influència el motor pot aturar l'acceleració a aquesta velocitat. Deixar el circuit de camp obert durant l'arrencada és perillós perquè l'aïllament del bobinat es pot danyar per l'EMF induït en ell.

Cinta de pel·lícula educativa - "Motors síncrons" produïda per la Fàbrica de Materials Educatius l'any 1966. Podeu veure-ho aquí: cinta de pel·lícula «Motor síncron»

Arrancada asíncron d'un motor elèctric síncron

El circuit d'excitació d'un motor síncron amb un excitador connectat a cegues és bastant senzill i es pot utilitzar si els corrents d'entrada no provoquen una caiguda de tensió a la xarxa superior al parell estadístic i admissible Ms <0,4 Mnom.

L'arrencada asíncron d'un motor síncron es realitza connectant l'estator a la xarxa. El motor s'accelera com a motor d'inducció a una velocitat de rotació propera a la síncrona.

En el procés d'arrencada asíncron, el bobinat d'excitació es tanca a la resistència de descàrrega per evitar la destrucció del bobinat d'excitació durant l'arrencada, ja que a baixa velocitat del rotor es poden produir sobretensions importants. A una velocitat de rotació propera a la síncrona, s'activa el contactor KM (el circuit d'alimentació del contactor no es mostra al diagrama), la bobina d'excitació es desconnecta de la resistència de descàrrega i es connecta a l'induït de l'excitador. El principi s'acaba.

Unitats típiques de circuits d'excitació de motors síncrons que utilitzen excitadors de tiristors per engegar motors síncrons

La debilitat de la majoria d'accionaments elèctrics amb motors síncrons, que complica molt el funcionament i augmenta el cost, ha estat l'excitador de les màquines elèctriques durant molts anys. Actualment s'utilitzen àmpliament per excitar motors síncrons. excitadors de tiristors... Es subministren com un conjunt.

Els excitadors de tiristors dels motors elèctrics síncrons són més fiables i tenen una eficiència més alta. en comparació amb els excitadors de màquines elèctriques. Amb la seva ajuda, les preguntes sobre la regulació òptima del corrent d'excitació per mantenir la constància es resolen fàcilment. cos phi, la tensió de les barres des de les quals es subministra el motor síncron, així com limitar el corrent del rotor i l'estator del motor síncron en els modes d'emergència.

Els excitadors de tiristors estan equipats amb la majoria dels grans motors elèctrics síncrons fabricats. Normalment fan les següents funcions:

• engegar un motor síncron amb una resistència d'arrencada inclosa al circuit de bobinatge de camp,
• apagada sense contacte de la resistència d'arrencada després del final de l'arrencada del motor síncron i la seva protecció contra el sobreescalfament,
• subministrament automàtic d'excitació en el moment adequat d'arrencada del motor elèctric síncron,
• ajust automàtic i manual del corrent d'excitació
• l'excitació forçada necessària en cas de caigudes profundes de tensió a l'estator i salts de càrrega bruscos a l'eix d'un motor síncron,
• extinció ràpida del camp d'un motor síncron quan cal reduir el corrent de camp i apagar el motor elèctric,
• protecció del rotor d'un motor síncron contra sobreintensitat contínua i curtcircuits.

Si el motor elèctric síncron s'engega a tensió reduïda, llavors en un inici "lleuger" s'excita fins que el bobinatge de l'estator s'encén a plena tensió, i en un inici "pesat" l'excitació es subministra a plena tensió al circuit de l'estator. És possible connectar el bobinatge de camp del motor a l'induït de l'excitador en sèrie amb la resistència de descàrrega.

El procés de subministrament d'excitació a un motor síncron s'automatitza de dues maneres: en funció de la velocitat i en funció del corrent.

El sistema d'excitació i el dispositiu de control dels motors síncrons han de proporcionar:

• arrencada, sincronització i aturada del motor (amb excitació automàtica al final de l'arrencada);
• excitació forçada amb un factor no inferior a 1,4 quan la tensió de la xarxa baixa a 0,8Un;
• la possibilitat de compensar pel motor la potència reactiva consumida (donada) pels receptors elèctrics adjacents dins de les capacitats tèrmiques del motor;
• aturar el motor en cas de fallada en el sistema d'excitació;
• estabilització del corrent d'excitació amb una precisió del 5% del valor establert quan la tensió de xarxa canvia de 0,8 a 1,1;
• regulació de l'excitació per desviació de la tensió de l'estator amb una zona morta del 8%;
• quan la tensió d'alimentació de l'estator del motor síncron canvia del 8 al 20%, el corrent canvia del valor establert a 1,4 In, augmentant el corrent d'excitació per garantir la màxima sobrecàrrega del motor.

En el diagrama que es mostra a la figura, l'excitació es subministra a un motor síncron mitjançant un relé electromagnètic de CC KT (Sleeving Time Relay).La bobina del relé està connectada a la resistència de descàrrega Rdisc a través del díode VD. Quan el bobinat de l'estator està connectat a la xarxa elèctrica, s'indueix una fem al bobinatge d'excitació del motor. El corrent continu flueix per la bobina del relé KT, l'amplitud i la freqüència dels polsos depenen del lliscament.

Alimentació d'excitació a un motor síncron en funció de la velocitat

A l'arrencada, lliscament S = 1. A mesura que el motor accelera, disminueix i augmenten els intervals entre les semiones corregides del corrent; el flux magnètic disminueix gradualment al llarg de la corba Ф (t).

A una velocitat propera a la síncrona, el flux magnètic del relé aconsegueix assolir el valor del flux d'abandonament del relé Fot en el moment en què el corrent no passa pel relé KT. El relé perd potència i mitjançant el seu contacte crea un circuit d'alimentació del contactor KM (el circuit de potència del contactor KM no es mostra al diagrama).

Considereu el control de la font d'alimentació en la funció de corrent mitjançant un relé de corrent. Amb el corrent d'arrencada, el relé de corrent KA s'activa i obre el seu contacte en el circuit del contactor KM2.

Gràfic de canvis de corrent i flux magnètic en el relé temporal KT

Monitorització de l'excitació d'un motor síncron en funció del corrent

A una velocitat propera a la síncrona, el relé KA desapareix i tanca el seu contacte al circuit del contactor KM2. El contactor KM2 s'activa, tanca el seu contacte al circuit d'excitació de la màquina i deriva la resistència Rres.

Vegeu també: Selecció d'equips per a l'arrencada de motors síncrons