Schemi e metodi tipici per l'avvio di motori sincroni
Per garantire il funzionamento di potenti azionamenti elettrici motori elettrici sincroni. Hanno trovato applicazione in impianti di compressione, pompe, sistemi, laminatoi, ventilatori. Sono utilizzati in metallurgia, cemento, petrolio e gas e altre industrie in cui è necessario utilizzare apparecchiature ad alta potenza. In questo articolo, abbiamo deciso di dire ai lettori del sito my.electricianexpcome avviare motori sincronizzati.
Vantaggi e svantaggi
I motori sincroni sono strutturalmente più complicati di quelli asincroni, ma presentano numerosi vantaggi:
- Il funzionamento dei motori elettrici sincroni in misura minore dipende dalle fluttuazioni della tensione della rete di alimentazione.
- Rispetto a quelli asincroni, hanno una maggiore efficienza e migliori caratteristiche meccaniche con dimensioni ridotte.
- La velocità di rotazione è indipendente dal carico. In altre parole, le fluttuazioni di carico nel campo operativo non influiscono sulla velocità.
- Possono funzionare con sovraccarichi significativi sull'albero. Se si verificano sovraccarichi di picco a breve termine, un aumento della corrente nell'avvolgimento di campo compensa tali sovraccarichi.
- Con una modalità di eccitazione selezionata in modo ottimale, i motori elettrici non consumano e non trasferiscono energia reattiva alla rete, ad es. cosϕ è uguale a uno. I motori, che lavorano con sovraeccitazione, sono in grado di generare energia reattiva. Ciò che consente loro di essere utilizzati non solo come motori, ma anche come compensatori. Se è necessaria energia reattiva, viene applicata una tensione maggiore alla bobina di campo.
Con tutte le qualità positive dei motori elettrici sincroni, hanno uno svantaggio significativo: la complessità dell'avviamento. Non hanno una coppia di spunto. Per iniziare, sono necessarie attrezzature speciali. Ciò ha da tempo limitato l'uso di tali motori.
Metodi di avvio
I motori elettrici sincroni possono essere avviati in tre modi: utilizzando un motore aggiuntivo, avviamento asincrono e frequenza. Quando si sceglie un metodo, viene preso in considerazione il design del rotore.
Viene eseguito con magneti permanenti, con eccitazione elettromagnetica o combinato. Insieme all'avvolgimento di campo, sul rotore è montato un avvolgimento in cortocircuito, una gabbia di scoiattolo. Si chiama anche avvolgimento di smorzamento.
A partire da un motore booster
Questo metodo di partenza viene raramente utilizzato nella pratica, poiché è difficile da implementare tecnicamente. È necessario un motore elettrico aggiuntivo, collegato meccanicamente al rotore del motore sincrono.
Con l'aiuto di un motore in accelerazione, il rotore non è attorcigliato a valori vicini alla velocità di rotazione del campo dello statore (alla velocità sincrona). Quindi viene applicata una tensione costante all'avvolgimento di campo del rotore.
Il controllo viene eseguito da lampadine collegate in parallelo all'interruttore, che fornisce tensione agli avvolgimenti dello statore. L'interruttore automatico deve essere spento.
Al momento iniziale, le lampade lampeggiano, ma quando raggiungono la velocità nominale, smettono di bruciare. A questo punto, la tensione viene applicata agli avvolgimenti dello statore. Quindi il motore elettrico sincrono può funzionare in modo indipendente.
Quindi il motore aggiuntivo viene disconnesso dalla rete e in alcuni casi viene disconnesso meccanicamente. Queste sono le caratteristiche di partenza con un motore in accelerazione.
Avvio asincrono
Il metodo di avvio asincrono è di gran lunga il più comune. Tale avvio è stato reso possibile dopo la modifica del design del rotore. Il suo vantaggio è che non è necessario un motore di accelerazione aggiuntivo, poiché oltre all'avvolgimento di campo, nel rotore sono state montate aste a gabbia di scoiattolo a cortocircuito, che hanno permesso di avviarlo in modalità asincrona. In queste condizioni, questo metodo di avvio è stato ampiamente utilizzato.
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Quando viene applicata tensione all'avvolgimento dello statore, il motore accelera in modalità asincrona. Dopo aver raggiunto i giri vicini al nominale, viene attivato l'avvolgimento di eccitazione.
La macchina elettrica entra in modalità sincronismo. Ma non è così semplice. Durante l'avvio, appare una tensione nell'avvolgimento di campo, che aumenta con l'aumentare della velocità. Crea un flusso magnetico che influenza le correnti dello statore.
In questo caso, si verifica una coppia frenante, che può fermare l'accelerazione del rotore. Per ridurre gli effetti dannosi dell'avvolgimento di campo, sono collegati a una resistenza di scarica o di compensazione. In pratica, questi resistenze Sono grandi scatole pesanti in cui le spirali d'acciaio sono utilizzate come elemento resistivo. In caso contrario, potrebbe verificarsi una rottura dell'isolamento a causa dell'aumento della tensione. Cosa comporterà un guasto all'apparecchiatura.
Dopo aver raggiunto la velocità sub-sincrona, i resistori vengono scollegati dall'avvolgimento di eccitazione e viene fornita una tensione costante dal generatore (nel sistema generatore-motore) o dall'eccitatore a tiristori (tali dispositivi sono chiamati VTE, TVU e così via, a seconda della serie). Di conseguenza, il motore passa in modalità sincrona.
Gli svantaggi di questo metodo sono le grandi correnti di spunto, che causano un significativo assorbimento della tensione di alimentazione. Ciò può portare allo spegnimento di altre macchine sincrone che operano su questa linea, a seguito del funzionamento delle protezioni di bassa tensione. Per ridurre questo effetto, i circuiti di avvolgimento dello statore sono collegati a dispositivi di compensazione che limitano le correnti di spunto.
Può essere:
- Resistori o reattori aggiuntivi che limitano le correnti di spunto. Dopo l'accelerazione, vengono deviati e la tensione di rete viene applicata agli avvolgimenti dello statore.
- L'uso di autotrasformatori. Con il loro aiuto, la tensione di ingresso diminuisce. Al raggiungimento di una velocità di rotazione del 95-97% del lavoro, si verifica la commutazione. Gli autotrasformatori sono disattivati e la tensione CA viene applicata agli avvolgimenti. Di conseguenza, il motore elettrico entra in modalità di sincronizzazione. Questo metodo è tecnicamente più complesso e costoso. E gli autotrasformatori spesso falliscono. Pertanto, in pratica, questo metodo viene utilizzato raramente.
Inizio frequenza
L'avviamento in frequenza di motori sincroni viene utilizzato per avviare dispositivi ad alta potenza (da 1 a 10 MW) con una tensione operativa di 6, 10 KV, sia in modalità di avvio facile (con la natura del ventilatore del carico) sia con avvio pesante (azionamenti del mulino a sfere). Per questi scopi, sono disponibili dispositivi di avvio a frequenza dolce.
Il principio di funzionamento è simile ai dispositivi ad alta e bassa tensione che funzionano secondo il circuito del convertitore di frequenza.Forniscono una coppia di spunto fino al 100% del valore nominale e forniscono anche il lancio di più motori da un dispositivo. Di seguito viene mostrato un esempio di un circuito con un avviatore statico, si accende per l'avvio del motore, quindi viene rimosso dal circuito, dopodiché il motore viene collegato direttamente alla rete.
Sistemi di eccitazione
Fino a poco tempo fa, per l'eccitazione veniva usato un generatore di eccitazione indipendente. Si trovava sullo stesso albero con un motore elettrico sincrono. Tale regime è ancora applicato ad alcune imprese, ma è obsoleto e ora non viene applicato. Ora, per regolare l'eccitazione, vengono utilizzati i patogeni tiristori VTE.
Forniscono:
- modalità di avviamento ottimale del motore sincrono;
- mantenere una data corrente di campo entro limiti prestabiliti;
- regolazione automatica della tensione di eccitazione in base al carico;
- limitazione della corrente di eccitazione massima e minima;
- aumento istantaneo della corrente di eccitazione mentre si abbassa la tensione di alimentazione;
- smorzamento del campo del rotore quando scollegato dalla rete di alimentazione;
- monitoraggio dello stato di isolamento con notifica di guasto;
- fornire un controllo dello stato dell'avvolgimento di campo quando il motore è in folle;
- lavorare con un convertitore di frequenza ad alta tensione, fornendo avvio asincrono e sincrono.
Questi dispositivi sono altamente affidabili. Lo svantaggio principale è il prezzo elevato.
In conclusione, notiamo che il modo più comune per avviare motori sincroni è l'avvio asincrono. Praticamente non ho trovato l'applicazione per iniziare a utilizzare un motore elettrico aggiuntivo. Allo stesso tempo, un avvio in frequenza, che consente di risolvere automaticamente i problemi di avvio, è piuttosto costoso.
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