Esquemas e métodos típicos para partida de motores síncronos
Para garantir a operação de acionamentos elétricos poderosos, é usado motores elétricos síncronos. Eles encontraram aplicação em plantas de compressor, bombas, sistemas, laminadores, ventiladores. Eles são usados nas indústrias metalúrgica, cimento, petróleo e gás e outras indústrias onde é necessário o uso de equipamentos de alta potência. Neste artigo, decidimos informar aos leitores do site Elecroexpertcomo os motores sincronizados podem ser iniciados.
Vantagens e desvantagens
Os motores síncronos são estruturalmente mais complicados do que os assíncronos, mas têm várias vantagens:
- A operação de motores elétricos síncronos em menor grau depende de flutuações na tensão da rede de suprimento.
- Comparados aos assíncronos, apresentam maior eficiência e melhores características mecânicas com dimensões menores.
- A velocidade de rotação é independente da carga. Ou seja, 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, um aumento na corrente no enrolamento de campo compensa essas sobrecargas.
- Com um modo de corrente de excitação selecionado de maneira ideal, os motores elétricos não consomem e não transferem energia reativa para a rede, ou seja, cosϕ é igual a um. Os motores, trabalhando com superexcitação, são capazes de gerar energia reativa. O que permite que eles sejam usados não apenas como motores, mas também como compensadores. Se for necessária energia reativa, uma tensão aumentada é aplicada à bobina de campo.
Com todas as qualidades positivas dos motores elétricos síncronos, eles têm uma desvantagem significativa - a complexidade da partida. Eles não têm um torque inicial. Para começar, é necessário equipamento especial. Isso limitou por muito tempo o uso desses mecanismos.
Métodos de inicialização
Os motores elétricos síncronos podem ser iniciados de três maneiras - usando um motor adicional, partida assíncrona e de frequência. Ao escolher um método, o design do rotor é levado em consideração.
É realizada com ímãs permanentes, com excitação eletromagnética ou combinada. Juntamente com o enrolamento de campo, um enrolamento em curto-circuito, uma gaiola de esquilo, é montado no rotor. É também chamado de enrolamento de amortecimento.
Começando com um motor de reforço
Esse método inicial raramente é usado na prática, porque é difícil de implementar tecnicamente. É necessário um motor elétrico adicional, que é conectado mecanicamente ao rotor do motor síncrono.
Com a ajuda de um motor acelerador, o rotor é destorcido para valores próximos à velocidade de rotação do campo do estator (para velocidade síncrona). Em seguida, uma tensão constante é aplicada ao enrolamento de campo do rotor.
O controle é realizado por lâmpadas conectadas paralelamente ao disjuntor, que fornece tensão aos enrolamentos do estator. O disjuntor deve estar desligado.
No momento inicial, as lâmpadas piscam, mas quando atingem a velocidade nominal, elas param de queimar. Nesse ponto, a tensão é aplicada aos enrolamentos do estator. Então o motor elétrico síncrono pode funcionar de forma independente.
Em seguida, o motor adicional é desconectado da rede e, em alguns casos, desconectado mecanicamente. Estas são as características de partida com um motor acelerador.
Início assíncrono
O método de início assíncrono é de longe o mais comum. Esse início foi possível após a alteração do design do rotor. Sua vantagem é que não é necessário um motor de aceleração adicional, pois além do enrolamento de campo, foram montadas hastes de gaiola de esquilo em curto-circuito no rotor, o que possibilitou a partida no modo assíncrono. Sob essa condição, esse método de inicialização foi amplamente utilizado.
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Quando a tensão é aplicada ao enrolamento do estator, o motor acelera no modo assíncrono. Depois de atingir rotações próximas do nominal, o enrolamento de excitação é ativado.
A máquina elétrica entra no modo de sincronismo. Mas não é tão simples. Durante a partida, uma tensão aparece no enrolamento do campo, que aumenta com o aumento da velocidade. Cria um fluxo magnético que afeta as correntes do estator.
Nesse caso, ocorre um torque de frenagem, o que pode interromper a aceleração do rotor. Para reduzir os efeitos nocivos do enrolamento de campo, eles são conectados a um resistor de descarga ou compensação. Na prática, esses resistores São grandes caixas pesadas, onde as espirais de aço são usadas como elemento resistivo. Se isso não for feito, poderá ocorrer uma falha no isolamento devido ao aumento da tensão. O que resultará em falha do equipamento.
Após atingir a velocidade sub-síncrona, os resistores são desconectados do enrolamento de excitação e uma tensão constante é fornecida a ele pelo gerador (no sistema gerador-motor) ou pelo excitador do tiristor (esses dispositivos são chamados VTE, TVU e assim por diante, dependendo da série). Como resultado, o mecanismo entra no modo síncrono.
As desvantagens deste método são grandes correntes de irrupção, o que causa uma redução significativa na tensão de alimentação. Isso pode levar ao desligamento de outras máquinas síncronas que operam nesta linha, como resultado 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 irrupção.
Pode ser:
- Resistores ou reatores adicionais que limitam as correntes de irrupção. Após a aceleração, eles são desviados e a tensão da rede é aplicada aos enrolamentos do estator.
- O uso de autotransformadores. Com a ajuda deles, a tensão de entrada diminui. Ao atingir uma velocidade de rotação de 95 a 97% do trabalho, ocorre a comutação. Os autotransformadores são desligados e a tensão CA é aplicada aos enrolamentos. Como resultado, o motor elétrico entra no modo de sincronização. Este método é tecnicamente mais complexo e caro. E os autotransformadores geralmente falham. Portanto, na prática, esse método raramente é usado.
Início de freqüência
A partida em frequência de motores síncronos é usada para iniciar dispositivos de alta potência (de 1 a 10 MW) com uma tensão operacional de 6, 10 KV, tanto no modo de partida fácil (com a natureza do ventilador da carga) quanto com partida pesada (acionamentos de moinhos de bolas). Para esses fins, estão disponíveis dispositivos de partida suave de frequência.
O princípio de operação é semelhante aos dispositivos de alta e baixa tensão que operam de acordo com o circuito do conversor de frequência.Eles fornecem um torque inicial de até 100% da nominal e também fornecem o lançamento de vários motores a partir de um dispositivo. Você vê um exemplo de circuito com um soft starter abaixo, ele liga durante o tempo em que o motor inicia e é removido do circuito, após o qual o motor é conectado diretamente à rede.
Sistemas de excitação
Até recentemente, um gerador independente de excitação era usado para excitação. Ele estava localizado no mesmo eixo com um motor elétrico síncrono. Esse esquema ainda é aplicado em algumas empresas, mas está desatualizado e agora não é aplicado. Agora, para regular a excitação, patógenos do tiristor VTE são usados.
Eles providenciam:
- modo de partida ideal do motor síncrono;
- manter uma dada corrente de campo dentro de limites predeterminados;
- regulação automática da tensão de excitação, dependendo da carga;
- limitação da corrente de excitação máxima e mínima;
- aumento instantâneo da corrente de excitação enquanto diminui a tensão de alimentação;
- amortecimento do campo do rotor quando desconectado da rede de suprimento;
- monitoramento do status de isolamento com notificação de falha;
- forneça uma verificação do estado do enrolamento do campo quando o motor estiver ocioso;
- trabalhe com um conversor de frequência de alta tensão, fornecendo inicialização assíncrona e síncrona.
Esses dispositivos são altamente confiáveis. A principal desvantagem é o alto preço.
Concluindo, observamos que a maneira mais comum de iniciar motores síncronos é o início assíncrono. Eu praticamente não achei a aplicação de começar a usar um motor elétrico adicional. Ao mesmo tempo, um início de frequência, que permite resolver automaticamente os problemas de inicialização, é bastante caro.
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