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Abstract En el siguiente informe se detallan los pasos nesesarios
para realizar el arranque de un motor sincrono, se realizaron
mediciones que nos permiten verificar el correcto desempeño del
motor su uso, su correcto arranque, estructura, aplicabilidades y
características que permitirán tener una amplia idea de su
aplicabilidad dentro de la industria, principio que nos servirá de
mucho en la industria para que este funcione a su máxima
eficiencia
Palabras Clave— motor síncrono, eficiencia, manejo
I. INTRODUCCION
ara realizar el arranque de nuestro motor
síncrono utilizaremos un motor que llamamos de
lazamiento, para que el motor principal pueda
romper la inercia y funcione correctamente, este
será desconectado una vez que el motor síncrono
alcance la velocidad de sincronismo, estos
procedimientos se indican a continuación y se
encuentran documentados por la fotografías que
fueron tomadas durante las pruebas de laboratorio,
estas mediciones se realizaron tanto para el motor
conectado en forma sobrexcitada como subexitada.
II. MARCO TEORICO
¿POR QUÉ UTILIZAR MOTORES SÍNCRONOS?
La aplicación de motores sincrónicos en la industria en la
mayoría de los casos resulta en ventajas económicas y
operativas considerables para el usuario debido a sus
características de trabajo. Las principales ventajas para
utilización de los motores sincrónicos son:
Corrección del factor de potencia Los motores sincrónicos
pueden ayudar a la reducción de los costos de energía eléctrica
y mejorar el rendimiento de sistemas de energía, corrigiendo el
factor de potencia de la red en que están instalados. En pocos
años, el ahorro de energía eléctrica puede igualar el valor
invertido en el motor.
Mantener la velocidad constante El motor sincrónico mantiene
la velocidad constante en las situaciones de sobrecarga y
también durante momentos de oscilaciones de tensión,
respetando los limites del par máximo (pull-out).
Alto rendimiento La eficiencia en la conversión de energía
eléctrica en mecánica es más eficiente, generando mayor
ahorro de energía. Los motores sincrónicos son proyectados
también para operar con alta eficiencia en un largo rango de
velocidad y suministrar un mejor aprovechamiento de energía
para una grande variedad de cargas.
APLICACIONES Los motores sincrónicos son fabricados
especialmente para atender las necesidades de cada aplicación.
Debido a sus características constructivas, operación con alto
rendimiento y adaptabilidad a todos los tipos de ambientes,
son utilizados prácticamente en todos los segmentos de la
industria, tales como: . Minería (zarandas, molinos, cintas
transportadoras y otros) . Siderurgia (laminadoras,
ventiladores, bombas, compresores) . Papel y celulosa
(extrusoras, picadores, desfibradoras, compresores,
cepilladoras) . Saneamiento (bombas) . Química y
petroquímica (compresores, ventiladores, extractores de aire) .
Cemento (zarandas, molinos, cintas transportadoras) . Coucho
(extrusoras, molinos, mezcladores).
TIPOS DE MOTORES SINCRONOS EN LA
INDUSTRIA
Motores sincrónicos verticales Estos pueden ser
suministrados con rodamientos de esferas, de rodillos o de
Arranque del motor síncrono
Juan Pablo Pesantez
P
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contacto angular, lubricados con grasa. Dependiendo de la
aplicación, como cuando están sujetos a altas cargas de
empuje axial pueden ser fabricados con descansos de
rodamientos lubricados con aceite o descansos de
deslizamiento. Los motores sincrónicos con construcción
vertical son proyectados para atender las solicitaciones de los
clientes para aplicaciones en bombas, zarandas, mezcladores y
otros.
Motores sincrónicos para atmósferas explosivas Estos se
usan para las aplicaciones en atmósferas explosivas con
características de seguridad específicas, aptos para trabajar en
locales donde se manipulan, procesan o almacenan productos
inflamables, preservando la vida humana y garantizando el
mantenimiento del patrimonio. Son suministrados con tipos de
protección Ex - n (no encendible) y Ex – p (presurizado)
VELOCIDADES
Velocidad fija Las aplicaciones de motores sincrónicos con
velocidad fija se justifican por los bajos costos operativos, una
vez que presentan alto rendimiento y pueden ser utilizados
como compensadores sincrónicos para corrección del factor de
potencia.
Velocidad variable Las aplicaciones de motores sincrónicos
con velocidad variable se justifican en aplicaciones de alto par
con baja rotación y larga banda de ajuste de velocidad. La
construcción de los motores para estas aplicaciones puede ser
con o sin escobillas, dependiendo de las características de
carga y ambiente. Debido al mayor rendimiento, menor
tamaño y mayor capacidad de potencia, los motores
sincrónicos pueden sustituir a los motores de corriente
continua en aplicaciones de alto rendimiento. En muchos casos
los motores sincrónicos pueden ser utilizados para obtener
valores de par inferiores al Standard trayendo una reducción
ventajosa de la corriente de arranque del motor lo que implica
en menor disturbio en el sistema eléctrico durante el arranque
y reducción en las tensiones mecánicas resultantes en los
bobinados del motor. Para un concreto dimensionamiento y
aplicación de los motores sincrónicos
TIPOS DE EXCITACIÓN Los motores sincrónicos
necesitan de una fuente de corriente continua para alimentar el
bobinado de campo (bobinado del rotor), que usualmente es
suministrado a través de anillos colectores y escobillas
(excitatriz estática) o a través de una excitatriz girante sin
escobillas (brushless).
Excitatriz estática (con escobillas) Motores sincrónicos con
excitatriz estática son constituidos de anillos colectores y
escobillas que posibilitan la alimentación de corriente de los
polos del rotor a través de contacto deslizante. La corriente
continua para alimentación de los polos debe ser proveniente
de un convertidor y controlador estático CA/CC. Los motores
sincrónicos con excitatriz estática actualmente están siendo
muy utilizados en aplicaciones con variadores de velocidad
(convertidores de frecuencia).
Excitatriz brushless (sin escobillas) Motores sincronicos con
sistema de excitacion brushless poseen una excitatriz girante,
normalmente localizada en un compartimiento en la parte
trasera del motor.
Excitatriz con alimentacion de corriente continua en el estator
Excitatriz con alimentacion de corriente alterna en el estator El
rotor de la excitatriz alimenta el bobinado de la excitacion del
motor, a traves de un puente rectificador trifasico.
Figura 3 - Excitatriz brushless
ARRANQUE DE UN MOTOR SÍNCRONO
Primeramente tenemos que tener presente que el motor
síncrono no puede arrancar por si solo. Este necesita que le
den vuelo para poder hacerlo, se utilizara un motor de
corriente continua para poder darle vuelo al motor síncrono, en
este proceso tenemos que tener presente que la velocidad que
puede tener este motor debe estar cercana o casi igual a la
velocidad de sincronismo del motor síncrono.
Una vez que se cumpla este proceso podemos ponerlo en
marcha al motor síncrono.
También me pude dar cuenta que la velocidad de un motor
síncrono no cambia con carga o sin carga siempre será la
misma velocidad de sincronismo. A diferencia de los motores
de corriente continua que la velocidad varía de acuerdo a la
carga con la que esté trabajando.
Para que un motor síncrono funcione correctamente tenemos
que hacerlo trabajar con la misma potencia para el cual fue
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diseñado es decir que si el motor es de 10 Hp tenemos que
hacerlo trabajar a una potencia de 10 Hp.
Con ayuda de un cosfimetro se observara el cambio del factor
de potencia al momento de conectarlo con una carga es decir
se pudo analizar un momento cuando el motor funcionaba en
forma capacitiva y otro momento que funcionaba en forma
inductiva.
La alta velocidad con la que gira el campo magnético giratorio
en el entrehierro de un motor síncrono, no le permite al rotor
alcanzarlo desde el reposo, por eso se dice que el motor
síncrono tiene un par promedio igual a cero en el arranque, por
tal motivo el motor síncrono no puede arrancar por sí mismo.
En consecuencia para que un motor síncrono arranque es
necesario dotarlo de ciertos medios, que le permitan
desarrollar un par de arranque o impulsar al rotor a una
velocidad muy próxima a la síncrona mediante una maquina
primaria y enseguida sincronizarlo, excitando el devanado de
campo con corriente continua.
Para el arranque de este motor podemos desarrollar un par de
arranque elevado. Este proceso lo podemos hacer al colocar en
la ranura del rotor, con la misma cantidad de polos que la
armadura y se conecta a unos anillos rasantes, y con una
resistencia externa en serie con cada devanado amortiguador
se controla el par.
Como se mencionó antes, cuando el motor está detenido y se
lo conecta a la red, éste vibrará fuertemente y se
sobrecalentará. Existen varios métodos para arrancarlo de
forma segura.
A continuación se describirán los tres métodos más utilizados
y finalmente se mostrará un circuito para el arranque
automático.
Arranque por medio de la reducción de la frecuencia
eléctrica
Si los campos magnéticos del estator en un motor síncrono
giran a una velocidad lo suficientemente baja, no habrá ningún
problema para que el rotor se acelere y se enlace con el campo
magnético del estator. Entonces, se puede incrementar la
velocidad de los campos magnéticos del estator aumentando
gradualmente la frecuencia hasta su valor nominal de 60 Hz.
Para esto pueden utilizar accionadores de estado sólido como
ciclo convertidores.
Arranque con un motor primario externo
Para llevar al motor a su velocidad síncrona se le puede
adjuntar un motor de arranque externo. Una vez alcanzada esta
velocidad, se conecta la máquina en paralelo a la red y se
desconecta el motor primario del eje. El motor de arranque
puede tener valores nominales mucho más pequeños que el
motor que arranca ya que sólo debe superar la inercia de la
máquina síncrona en vacío.
Arranque con devanados de amortiguamiento
Éste es el método más popular de arranque. Recibe el nombre
de devanado amortiguador porque reduce las oscilaciones que
se producen en los procesos transitorios de las máquinas:
acoplamiento a la red, vibraciones bruscas de carga eléctrica o
mecánica, etc.
Los devanados de amortiguamiento son barras especiales
dispuestas en ranuras hechas en la cara del rotor en un motor y
en cortocircuito en cada extremo con un anillo (figura). Esto
crea un rotor del tipo jaula de ardilla y el motor arranca como
si fuera un motor asincrónico trifásico.
Arranque automático
Mediante el siguiente circuito se puede arrancar al motor de
forma automática. Primero se cierra el interruptor 1 que
alimenta al estator del motor. En el instante de arranque el
rotor tiene la frecuencia de la red (alta frecuencia). En el
circuito del rotor, que alimenta la resistencia de arranque, para
que ésta absorba la tensión elevada de las bobinas de los
polos, aparece una diferencia de potencial a los bornes de la
reactancia. Esta diferencia de potencial alimenta una bobina
del relé polarizado, que mantiene abierto los contactos del
mismo. La máquina arranca como motor asíncrono debido a la
jaula de ardilla que poseen los polos del rotor. A medida que
aumenta la velocidad, la frecuencia del rotor disminuye, por
consiguiente disminuye la diferencia de potencial a los bornes
de la reactancia hasta que ésta no puede mantener el yugo del
relé, ya cercana a la velocidad de sincronismo, y cierra los
contactos de él. Al cerrarse este contacto se alimenta la bobina
del contacto, quien cierra los interruptores 2 y abre el 3
quedando de esta manera alimentado el rotor por corriente
continua y funcionando en sincronismo.
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PROCEDIMIENTO
para realizar la practica utilizaremos un motor un motor Shunt de corriente continua para el lanzamiento, los datos de placa son: 220 - 230 V 1500rpm 19.5 A-12ª 4.5 kVA-3.3 kVA motor síncrono datos 230V-127V 8.8 A - 15.2 A 3.5 KVA 1800 rpm 60 Hz excitación de 110 V - 2.2 A.
Figura motor shunt corriente continua
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Figura motor Sincrono
Para llegar a la velocidad de sincronía aumentamos el voltaje de nuestro motor hasta que tenga la velocidad de sincronia que para nuestro caso es de 1800 rpm.
Figura fuente de voltaje regulable
Comportamiento del motor
Cuando el motor esta con su velocidad de sincronismo( 1800rpms), se tiene una excitación de 50v y una potencia de 380W. Mediante los datos obtenidos, los cuales se presentaron anteriormente podemos observar el comportamiento del motor. podemos notar que sobreexcitando a la máquina esta tenía un comportamiento capacitivo, mientras que subexcitándola se comportaba como un inductor rotativo, pudiendo medir los siguientes datos: Cuadro 1
TABLA DE MEDICIONES
Capacitivo
50 V 2.7 A
60 V 4.72 A
70 V 6.87 A
85 V 6.86 A
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Inductivo
35 V 1.48 A
30 V 2.48
25 V 3.3 A
20 V 3.83 A
Con estos resultados se pudo obtener el siguiente Diagrama en V de comportamiento del motor Síncrono:
Figura Comportamiento del motor variando su voltaje de excitación
3 CONCLUSIONES
Con la realización de esta practica se ha podido comprender
de mejor manera al motor síncrono en su totalidad, estos son
muy utilizados por las industrias por tener características
especiales de trabajo. El rendimiento en aplicaciones donde se
exige corrección del factor de potencia, altos pares y bajas
corrientes de arranque, velocidad constante ante variaciones de
carga, bajo costo de operación y mantenimiento, son los
principales motivos que hacen seleccionar motores sincrónicos
para el accionamiento de diversos tipos de cargas. Para el
correcto funcionamiento de un motor síncrono tenemos que
tener en cuenta varios aspectos empezando con un buen
arranque del motor es decir tenemos que tener un proceso
adecuado para la puesta en marcha del motor síncrono ya que
si no lo hacemos este puede sufrir algunos desperfectos,
aspectos muy importantes que nos servirán de mucho para que
el motor tenga una vida útil mayor y su eficiencia sea la
máxima.
Un aspecto muy importante a tener en cuenta al momento de
trabajar con este tipo de motores es que los mismos no pueden
arrancar de manera autónoma, en nuestro caso optamos por
utilizar un motor de lanzamiento, sin embargo existen otros
dos métodos que nos pueden ayudar a poner en
funcionamiento un motor de estas características
BIBLIOGRAFIA
[1] http://www.neoteo.com/motorsincrono.neo
[2] http://www.slideshare.net/motor-sincronos
