Esquemas típicos para partida de motores elétricos síncronos

Os motores síncronos são amplamente utilizados na indústria para acionamentos elétricos operando em velocidade constante (compressores, bombas, etc.). Recentemente, devido ao advento da tecnologia de semicondutores de comutação, foram desenvolvidos acionamentos elétricos síncronos controlados.

As vantagens dos motores síncronos

Um motor síncrono é um pouco mais complicado do que um motor assíncrono, mas possui uma série de vantagens, o que torna possível utilizá-lo em alguns casos no lugar de um assíncrono.

1. A principal vantagem do motor elétrico síncrono é a capacidade de obter um modo ideal para energia reativa, que é realizado ajustando automaticamente a corrente de excitação do motor. Um motor síncrono pode operar sem consumir ou fornecer energia reativa à rede, com um fator de potência (cos fi) igual à unidade. Se a empresa precisa gerar potência reativa, um motor síncrono operando com sobreexcitação pode fornecê-la à rede.

2.Os motores síncronos são menos sensíveis às flutuações de tensão da rede do que os motores assíncronos. Seu torque máximo é proporcional à tensão da rede, enquanto o torque crítico de um motor de indução é proporcional ao quadrado da tensão.

3. Os motores síncronos têm alta capacidade de sobrecarga. Além disso, a capacidade de sobrecarga de um motor síncrono pode ser aumentada automaticamente aumentando a corrente de excitação, por exemplo, no caso de um aumento repentino de curto prazo na carga no eixo do motor.

4. A velocidade de rotação de um motor síncrono permanece inalterada para qualquer carga de eixo dentro de sua capacidade de sobrecarga.

Métodos de partida de um motor síncrono

Os seguintes métodos de partida de um motor síncrono são possíveis: partida assíncrona em plena tensão de linha e partida em baixa tensão através de um reator ou autotransformador.

A partida de um motor síncrono é realizada como uma partida assíncrona. O torque de partida interno de uma máquina síncrona é pequeno, enquanto o de uma máquina de pólo implícito é zero. Para criar um torque assíncrono, o rotor é equipado com uma gaiola de partida em forma de gaiola, cujas barras são inseridas nas ranhuras do sistema de pólos. (Claro, não há hastes entre os pólos em um motor de pólo saliente.) A mesma célula contribui para aumentar a estabilidade dinâmica do motor durante picos de carga.

Devido ao torque assíncrono, o motor parte e acelera. Não há corrente de excitação no enrolamento do rotor durante a aceleração.A máquina é iniciada sem excitação, pois a presença de pólos excitados dificultaria o processo de aceleração, criando um torque de frenagem semelhante ao de um motor de indução durante a frenagem dinâmica.

Quando o chamado A velocidade subsíncrona, que difere da síncrona em 3 - 5%, a corrente é fornecida à bobina de excitação e o motor, após várias oscilações em torno da posição de equilíbrio, é atraído para o sincronismo. Motores de pólos expostos, devido ao torque reativo em torques de eixo baixos, às vezes são colocados em sincronismo sem fornecer corrente para a bobina de campo.

Em motores síncronos, é difícil fornecer simultaneamente os valores necessários de torque de partida e torque de entrada, que é entendido como o torque assíncrono desenvolvido quando a velocidade atinge 95% da velocidade síncrona. De acordo com a natureza da dependência do torque estático na velocidade, ou seja, de acordo com o tipo de mecanismo para o qual o motor é projetado, os parâmetros da célula de partida devem ser alterados nas fábricas de máquinas elétricas.

Às vezes, para limitar as correntes na partida de motores potentes, a tensão nos terminais do estator é reduzida, incluindo em série os enrolamentos do autotransformador ou resistores. Deve-se ter em mente que, quando um motor síncrono é iniciado, o circuito do enrolamento de excitação é fechado a uma grande resistência, excedendo a resistência do próprio enrolamento em 5 a 10 vezes.

Caso contrário, sob a ação das correntes induzidas no enrolamento durante a partida, ocorre um fluxo magnético pulsante, cujo componente reverso, interagindo com as correntes do estator, cria um torque de frenagem.Esse torque atinge seu valor máximo em uma velocidade ligeiramente acima da metade da nominal e, sob sua influência, o motor pode interromper a aceleração nessa velocidade. Deixar o circuito de campo aberto durante a partida é perigoso, pois o isolamento do enrolamento pode ser danificado pela EMF induzida nele.

Tira de Filme Educativo - "Motores Síncronos" produzida pela Fábrica de Materiais Educacionais em 1966. Você pode assistir aqui: Filmstrip «Motor síncrono»

Partida assíncrona de um motor elétrico síncrono

O circuito de excitação de um motor síncrono com um excitador conectado às cegas é bastante simples e pode ser usado se as correntes de partida não causarem uma queda de tensão na rede maior do que o torque permitido e estatístico Ms <0,4 Mnom.

A partida assíncrona de um motor síncrono é realizada conectando o estator à rede. O motor é acelerado como um motor de indução a uma velocidade rotacional próxima à síncrona.

No processo de partida assíncrona, o enrolamento de excitação é fechado à resistência de descarga para evitar a destruição do enrolamento de excitação durante a partida, pois em baixa velocidade do rotor podem ocorrer sobretensões significativas no mesmo. Em uma velocidade de rotação próxima à síncrona, o contator KM é acionado (o circuito de alimentação do contator não é mostrado no diagrama), a bobina de excitação é desconectada da resistência de descarga e conectada à armadura do excitador. O começo termina.

Unidades Típicas de Circuitos de Excitação de Motores Síncronos Usando Excitadores de Tiristores para Partir Motores Síncronos

A fraqueza da maioria dos acionamentos elétricos com motores síncronos, que complica muito a operação e aumenta o custo, tem sido o excitador das máquinas elétricas por muitos anos. Atualmente são amplamente utilizados para excitar motores síncronos. excitadores de tiristores... São fornecidos em conjunto.

Os excitadores tiristores de motores elétricos síncronos são mais confiáveis ​​e têm maior eficiência. em comparação com excitadores de máquinas elétricas. Com a ajuda deles, questões sobre a regulação ideal da corrente de excitação para manter a constância são facilmente resolvidas. cos phi, a tensão dos barramentos dos quais o motor síncrono é alimentado, além de limitar a corrente do rotor e do estator do motor síncrono em modos de emergência.

Os excitadores de tiristores são equipados com a maioria dos grandes motores elétricos síncronos fabricados. Eles geralmente desempenham as seguintes funções:

• iniciar um motor síncrono com um resistor de partida incluído no circuito de enrolamento de campo,
• desligamento sem contato do resistor de partida após o término da partida do motor síncrono e sua proteção contra superaquecimento,
• fornecimento automático de excitação no momento apropriado de partida do motor elétrico síncrono,
• ajuste automático e manual da corrente de excitação
• excitação forçada necessária em caso de quedas profundas de tensão no estator e saltos bruscos de carga no eixo de um motor síncrono,
• extinção rápida do campo de um motor síncrono quando é necessário reduzir a corrente de campo e desligar o motor elétrico,
• proteção do rotor de um motor síncrono contra sobrecorrente contínua e curtos-circuitos.

Se o motor elétrico síncrono for iniciado em tensão reduzida, em uma partida «leve» ele é excitado até que o enrolamento do estator ligue em tensão total e em uma partida «pesada» a excitação é fornecida em tensão total no circuito do estator. É possível conectar o enrolamento de campo do motor à armadura da excitatriz em série com a resistência de descarga.

O processo de fornecer excitação a um motor síncrono é automatizado de duas maneiras: em função da velocidade e em função da corrente.

O sistema de excitação e o dispositivo de controle para motores síncronos devem fornecer:

• partida, sincronização e parada do motor (com excitação automática ao final da partida);
• excitação forçada com um fator não inferior a 1,4 quando a tensão da rede cai para 0,8 Un;
• a possibilidade de compensar pelo motor a potência reativa consumida (dada) pelos receptores elétricos adjacentes dentro das capacidades térmicas do motor;
• parada do motor em caso de falha no sistema de excitação;
• estabilização da corrente de excitação com uma precisão de 5% do valor definido quando a tensão da rede muda de 0,8 para 1,1;
• regulação da excitação por desvio da tensão do estator com zona morta de 8%;
• quando a tensão de alimentação do estator do motor síncrono muda de 8 para 20%, a corrente muda do valor ajustado para 1,4 In, aumentando a corrente de excitação para garantir a máxima sobrecarga do motor.

No diagrama mostrado na figura, a excitação é fornecida a um motor síncrono usando um relé eletromagnético DC KT (Sleeving Time Relay).A bobina do relé é conectada à resistência de descarga Rdisc através do diodo VD. Quando o enrolamento do estator é conectado à rede elétrica, uma fem é induzida no enrolamento de excitação do motor. A corrente direta flui através da bobina do relé KT, cuja amplitude e frequência dos pulsos dependem do escorregamento.

Alimentação de excitação para um motor síncrono dependendo da velocidade

Na partida, escorregamento S = 1. À medida que o motor acelera, ele diminui e os intervalos entre as meias-ondas corrigidas da corrente aumentam; o fluxo magnético diminui gradualmente ao longo da curva Ф (t).

Em uma velocidade próxima à síncrona, o fluxo magnético do relé consegue atingir o valor do fluxo de dropout do relé Fot no momento em que a corrente não passa pelo relé KT. O relé perde energia e através de seu contato cria um circuito de energia do contator KM (o circuito de energia do contator KM não é mostrado no diagrama).

Considere o controle da fonte de alimentação na função de corrente usando um relé de corrente. Com a corrente de partida, o relé de corrente KA é acionado e abre seu contato no circuito do contator KM2.

Gráfico das mudanças de corrente e fluxo magnético no relé de tempo KT

Monitorando a excitação de um motor síncrono em função da corrente

Em uma velocidade próxima à síncrona, o relé KA desaparece e fecha seu contato no circuito do contator KM2. O contator KM2 ativa, fecha seu contato no circuito de excitação da máquina e desvia o resistor Rres.

Veja também: Seleção de equipamentos para partida de motores síncronos