Schemi tipici per l'avviamento di motori elettrici sincroni

I motori sincroni sono ampiamente utilizzati nell'industria per azionamenti elettrici funzionanti a velocità costante (compressori, pompe, ecc.). Recentemente, grazie all'avvento della tecnologia dei semiconduttori di commutazione, sono stati sviluppati azionamenti elettrici sincroni controllati.

I vantaggi dei motori sincroni

Un motore sincrono è leggermente più complicato di un motore asincrono, ma presenta una serie di vantaggi, che in alcuni casi ne consente l'utilizzo al posto di uno asincrono.

1. Il vantaggio principale del motore elettrico sincrono è la capacità di ottenere una modalità ottimale per l'energia reattiva, che viene eseguita regolando automaticamente la corrente di eccitazione del motore. Un motore sincrono può funzionare senza consumare o fornire energia reattiva alla rete, con un fattore di potenza (cos fi) pari all'unità. Se l'azienda ha bisogno di generare potenza reattiva, allora un motore sincrono funzionante con sovraeccitazione può fornirla alla rete.

2.I motori sincroni sono meno sensibili alle fluttuazioni della tensione di rete rispetto ai motori asincroni. La loro coppia massima è proporzionale alla tensione di rete, mentre la coppia critica di un motore asincrono è proporzionale al quadrato della tensione.

3. I motori sincroni hanno un'elevata capacità di sovraccarico. Inoltre, la capacità di sovraccarico di un motore sincrono può essere aumentata automaticamente aumentando la corrente di eccitazione, ad esempio, nel caso di un improvviso aumento a breve termine del carico sull'albero motore.

4. La velocità di rotazione di un motore sincrono rimane invariata per qualsiasi carico sull'albero entro la sua capacità di sovraccarico.

Metodi di avviamento di un motore sincrono

Sono possibili i seguenti metodi di avviamento di un motore sincrono: avviamento asincrono a piena tensione di linea e avviamento a bassa tensione attraverso un reattore o autotrasformatore.

L'avviamento di un motore sincrono viene eseguito come avviamento asincrono. La coppia di avviamento interna di una macchina sincrona è piccola, mentre quella di una macchina a poli impliciti è zero. Per creare una coppia asincrona, il rotore è dotato di una gabbia di avviamento a gabbia di scoiattolo, le cui barre sono inserite nelle fessure del sistema polare. (Naturalmente, non ci sono aste tra i poli in un motore a poli salienti.) La stessa cella contribuisce ad aumentare la stabilità dinamica del motore durante i picchi di carico.

A causa della coppia asincrona, il motore si avvia e accelera. Non c'è corrente di eccitazione nell'avvolgimento del rotore durante l'accelerazione.La macchina viene avviata senza eccitazione, poiché la presenza di poli eccitati complicherebbe il processo di accelerazione, creando una coppia frenante simile a quella di un motore asincrono durante la frenata dinamica.

Quando il cosiddetto La velocità subsincrona, che differisce dal sincrono del 3 - 5%, viene fornita corrente alla bobina di eccitazione e il motore, dopo diverse oscillazioni attorno alla posizione di equilibrio, viene attratto dal sincronismo. I motori a poli esposti, a causa della coppia reattiva alle basse coppie dell'albero, vengono talvolta portati in sincronismo senza fornire corrente alla bobina di campo.

Nei motori sincroni è difficile fornire contemporaneamente i valori richiesti della coppia di spunto e della coppia di ingresso, intesa come coppia asincrona sviluppata quando la velocità raggiunge il 95% della velocità sincrona. In accordo con la natura della dipendenza della coppia statica dalla velocità, ad es. in funzione del tipo di meccanismo per il quale il motore è progettato, negli stabilimenti di costruzione delle macchine elettriche devono essere modificati i parametri della cella di avviamento.

A volte, per limitare le correnti all'avvio di motori potenti, la tensione ai terminali dello statore viene ridotta, includendo in serie gli avvolgimenti dell'autotrasformatore o dei resistori. Va tenuto presente che quando si avvia un motore sincrono, il circuito dell'avvolgimento di eccitazione viene chiuso a una grande resistenza, superando di 5-10 volte la resistenza dell'avvolgimento stesso.

Diversamente, sotto l'azione delle correnti indotte nell'avvolgimento durante l'avviamento, si verifica un flusso magnetico pulsante, la cui componente inversa, interagendo con le correnti statoriche, crea una coppia frenante.Questa coppia raggiunge il suo valore massimo a una velocità leggermente superiore alla metà di quella nominale e sotto la sua influenza il motore può interrompere l'accelerazione a questa velocità. Lasciare aperto il circuito di campo durante l'avviamento è pericoloso perché l'isolamento dell'avvolgimento può essere danneggiato dall'EMF indotto in esso.

Educational Filmstrip - "Motori sincroni" prodotti dalla Educational Materials Factory nel 1966. Puoi guardarlo qui: Filmina «Motore sincrono»

Avviamento asincrono di un motore elettrico sincrono

Il circuito di eccitazione di un motore sincrono con un eccitatore collegato alla cieca è abbastanza semplice e può essere utilizzato se le correnti di spunto non provocano una caduta di tensione nella rete superiore alla coppia ammissibile e statistica Ms <0,4 Mnom.

L'avvio asincrono di un motore sincrono viene effettuato collegando lo statore alla rete. Il motore viene accelerato come un motore a induzione a una velocità di rotazione prossima alla sincrona.

Nel processo di avviamento asincrono, l'avvolgimento di eccitazione è chiuso alla resistenza di scarica per evitare la distruzione dell'avvolgimento di eccitazione durante l'avviamento, poiché a bassa velocità del rotore possono verificarsi sovratensioni significative. A una velocità di rotazione prossima a quella sincrona, viene attivato il contattore KM (il circuito di alimentazione del contattore non è mostrato nello schema), la bobina di eccitazione viene scollegata dalla resistenza di scarica e collegata all'armatura dell'eccitatore. L'inizio finisce.

Unità tipiche dei circuiti di eccitazione del motore sincrono che utilizzano eccitatori a tiristori per avviare motori sincroni

La debolezza della maggior parte degli azionamenti elettrici con motori sincroni, che complica notevolmente il funzionamento e aumenta i costi, è stata per molti anni l'eccitazione delle macchine elettriche. In questi giorni sono ampiamente utilizzati per eccitare i motori sincroni. eccitatori a tiristori... Sono forniti in set.

Gli eccitatori a tiristori dei motori elettrici sincroni sono più affidabili e hanno una maggiore efficienza. rispetto agli eccitatori di macchine elettriche. Con il loro aiuto, le domande sulla regolazione ottimale della corrente di eccitazione per mantenere la costanza sono facilmente risolte. cos phi, la tensione delle sbarre da cui viene alimentato il motore sincrono, oltre a limitare la corrente del rotore e dello statore del motore sincrono in modalità di emergenza.

Gli eccitatori a tiristori sono equipaggiati con i più grandi motori elettrici sincroni prodotti. Solitamente svolgono le seguenti funzioni:

• avviare un motore sincrono con una resistenza di avviamento inclusa nel circuito di avvolgimento di campo,
• spegnimento senza contatto della resistenza di avviamento dopo la fine dell'avviamento del motore sincrono e la sua protezione dal surriscaldamento,
• fornitura automatica di eccitazione al momento opportuno di avviamento del motore elettrico sincrono,
• regolazione automatica e manuale della corrente di eccitazione
• eccitazione forzata necessaria in caso di profonde cadute di tensione sullo statore e bruschi salti di carico sull'albero di un motore sincrono,
• spegnimento rapido del campo di un motore sincrono quando è necessario ridurre la corrente di campo e spegnere il motore elettrico,
• protezione del rotore di un motore sincrono contro le sovracorrenti continue e i cortocircuiti.

Se il motore elettrico sincrono viene avviato a tensione ridotta, all'avvio «leggero» viene eccitato fino a quando l'avvolgimento dello statore si accende a piena tensione e all'avvio «pesante» l'eccitazione viene fornita a piena tensione nel circuito dello statore. È possibile collegare l'avvolgimento di campo del motore all'armatura dell'eccitatore in serie con la resistenza di scarica.

Il processo di fornitura dell'eccitazione a un motore sincrono è automatizzato in due modi: in funzione della velocità e in funzione della corrente.

Il sistema di eccitazione e dispositivo di controllo per motori sincroni deve prevedere:

• avviamento, sincronizzazione e arresto del motore (con eccitazione automatica al termine dell'avviamento);
• eccitazione forzata con fattore non inferiore a 1,4 quando la tensione di rete scende a 0,8Un;
• la possibilità di compensare dal motore la potenza reattiva consumata (data) dai ricevitori elettrici adiacenti entro le capacità termiche del motore;
• arresto del motore in caso di avaria del sistema di eccitazione;
• stabilizzazione della corrente di eccitazione con una precisione del 5% del valore impostato al passaggio della tensione di rete da 0,8 a 1,1;
• regolazione dell'eccitazione per deviazione della tensione statorica con una zona morta dell'8%;
• quando la tensione di alimentazione dello statore del motore sincrono passa dall'8 al 20%, la corrente passa dal valore impostato a 1,4 In, aumentando la corrente di eccitazione per garantire il massimo sovraccarico del motore.

Nello schema mostrato in figura, l'eccitazione viene fornita a un motore sincrono utilizzando un relè elettromagnetico CC KT (Sleeving Time Relay).La bobina del relè è collegata alla resistenza di scarica Rdisc tramite il diodo VD. Quando l'avvolgimento dello statore è collegato alla rete, viene indotta una fem nell'avvolgimento di eccitazione del motore. La corrente continua scorre attraverso la bobina del relè KT, la cui ampiezza e frequenza degli impulsi dipendono dallo scorrimento.

Alimentazione di eccitazione a un motore sincrono in funzione della velocità

All'avviamento scorrimento S = 1. Man mano che il motore accelera, diminuisce e aumentano gli intervalli tra le semionde corrette della corrente; il flusso magnetico diminuisce gradualmente lungo la curva Ф (t).

Ad una velocità prossima alla sincrona, il flusso magnetico del relè riesce a raggiungere il valore del flusso di caduta del relè Fot nel momento in cui la corrente non attraversa il relè KT. Il relè perde potenza e attraverso il suo contatto crea un circuito di potenza del contattore KM (il circuito di potenza del contattore KM non è mostrato nello schema).

Considerare il controllo dell'alimentazione nella funzione corrente utilizzando un relè di corrente. Con la corrente di avviamento, il relè di corrente KA viene attivato e apre il suo contatto nel circuito del contattore KM2.

Grafico delle variazioni di flusso di corrente e magnetico nel relè temporale KT

Monitoraggio dell'eccitazione di un motore sincrono in funzione della corrente

A una velocità vicina al sincrono, il relè KA scompare e chiude il suo contatto nel circuito del contattore KM2. Il contattore KM2 si attiva, chiude il suo contatto nel circuito di eccitazione della macchina e shunt la resistenza Rres.

Guarda anche: Selezione di apparecchiature per l'avviamento di motori sincroni