Características, ventajas y desventajas del motor radial.Descripción completa
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MOTORES DOOSAN DL08Full description
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3.1 GENERALIDADES Y CONSTRUCCION DEL D EL MOTOR MOTOR SINCRONO MOTOR SÍNCRONO Los motores síncronos son un tipo de motor de corriente alterna en el que la rotación del eje está sincronizada con la frecuencia de la corriente de alimentación; el período de rotación es exactamente igual a un número entero de ciclos de CA. Su elocidad de giro es constante ! depende de la frecuencia frecuencia de de la tensión de la red el"ctrica a la que est" conectado ! por el númer número o de pares pares de polos polos del del moto motorr# siend siendo o conoc conocid idaa esa esa elo eloci cida dad d como como $elocidad $elocidad de sincronism sincronismo$. o$. %ste tipo de motor contiene contiene electromagnet electromagnetos os en el estátor estátor del del moto motorr que que crea crean n un camp campo o magn magn"t "tic ico o que que rota rota en el tiem tiempo po a esta esta elo eloci cida dad d de sincronismo. La expresión matemática que relaciona la elocidad de la máquina con los parámetros mencionados es&
donde& •
f& 'recuencia de la red a la que está conectada la máquina ()z ()z**
•
+& ,úmero de pares de polos que tiene la máquina
•
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p& ,úmero de polos que tiene la máquina n& -elocidad -elocidad de sincronismo de d e la máquina (reoluciones por minuto* minuto*
+or ejemplo# si se tiene una máquina de cuatro polos ( pares de polos* conectada a una red de /0 )z# la máquina operará a 1./00 reoluciones por minuto. minuto. 'uncionan de forma mu! similar a un alternador. 2entro de la familia de los motores síncronos de3emos distinguir& •
Los motores síncronos.
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Los motores asíncronos sincronizados.
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Los motores de imán permanente.
Los motores síncronos son llamados así# porque la elocidad del rotor ! la elocidad del campo magn"tico del estátor son iguales. Los motores síncronos se usan en máquinas grandes que tienen una carga aria3le ! necesitan una elocidad constante.
¿Por !" Ut#$#%&r Motores S#ncr'n#cos( Las aplicaciones de los motores sincrónicos en la industria# la ma!oría de las eces# resultan en entajas económicas ! operacionales considera3les# de3ido a sus características de funcionamiento. Las principales entajas son&
Correcc#'n )e$ *&ctor )e +otenc#&, Los motores sincrónicos pueden a!udar a reducir los costos de energía el"ctrica ! mejorar el rendimiento del sistema de energía# corrigiendo el factor de potencia en la red el"ctrica donde están instalados. %n pocos a4os# el a5orro de energía el"ctrica puede igualarse al alor inertido en el motor.
-e$oc#)&) const&nte, Los motores sincrónicos mantienen la elocidad constante tanto en las situaciones de so3recarga como durante momentos de oscilaciones de tensión# respetándose los límites del conjugado máximo (pull6out*.
A$to ren)#m#ento, %n la conersión de energía el"ctrica en mecánica es más eficiente# generando ma!or a5orro de energía. Los motores sincrónicos son pro!ectados para operar con alto rendimiento en un amplio rango de elocidad ! para proeer un mejor aproec5amiento de energía para una gran ariedad de cargas.
A$t& c&+&c#)&) )e tor!e, Los motores sincrónicos son pro!ectados con altos torques en r"gimen# manteniendo la elocidad constante# incluso en aplicaciones con grandes ariaciones de carga.
M&/or est&0#$#)&) en $& !t#$#%&c#'n con conert#)ores )e *rec!enc#&, +uede actuar en un amplio rango de elocidad# manteniendo la esta3ilidad independiente de la ariación de carga (ej.& laminadoras# extrusoras de plástico# etc.*.
APLICACIONES Los motores sincrónicos son fa3ricados específicamente para atender las necesidades de cada aplicación. 2e3ido a sus características constructias# operación con alto rendimiento ! adapta3ilidad a todo tipo de am3iente# son utilizados en prácticamente todos los sectores de la industria# tales como& • • •
Motores s#ncr'n#cos ert#c&$es, Los motores sincrónicos erticales# pueden ser suministrados con cojinetes de rodamientos de esferas# de rodillos o de contacto angular# lu3ricados a grasa. 2ependiendo de la aplicación# especialmente cuando son sometidos a altas cargas de empuje axial# pueden ser fa3ricados con cojinetes de rodamientos lu3ricados a aceite o cojinetes de deslizamiento. Los motores sincrónicos con construcción ertical son pro!ectados ! fa3ricados para atender las aplicaciones en 3om3as# moledoras# mezcladoras# entre otros.
Motores s#ncr'n#cos +&r& &tm's*er&s e2+$os#&s, +ara las aplicaciones en atmósferas explosias# se fa3rica motores sincrónicos con características de seguridad específicas# aptos para operar en locales donde productos inflama3les son continuamente manipulados# procesados o almacenados. Son suministrados con tipos de protección %x6n (no encendi3le* ! %x6p (presurizado* atendiendo las exigencias de las normas nacionales e internacionales# siendo testeados ! apro3ados por órganos certificadores reconocidos mundialmente.
-e$oc#)&) *#&, Las aplicaciones de motores sincrónicos con elocidad fija se justifican por los 3ajos costos operacionales# una ez que presentan un alto rendimiento ! pueden ser utilizados como compensadores sincrónicos para corrección del factor de potencia.
-e$oc#)&) &r#&0$e,
Las aplicaciones de motores sincrónicos con elocidad aria3le se justifican en aplicaciones de alto torque con 3aja rotación ! un largo rango de ajuste de elocidad. La construcción de los motores para estas aplicaciones puede ser con o sin esco3illas# dependiendo de las características de la carga ! del am3iente. 2e3ido al ma!or rendimiento# menor tama4o ! ma!or capacidad de potencia# pueden su3stituir motores de corriente continua en aplicaciones de alta performance. Los motores sincrónicos pueden ser especificados con corriente de partida reducida# lo que implica un menor distur3io en el sistema el"ctrico durante el arranque# así como reducción en las tensiones mecánicas resultantes en los deanados del motor.
CARACTERÍSTICAS CONSTRUCTI-AS C&rc&s&, Carcasa Su función principal es la de apo!ar ! proteger el motor# alojando tam3i"n el paquete de c5apas ! deanados del estator. +ueden ser construidas en los tipos 5orizontal ! ertical ! con grado de protección de acuerdo con las necesidades del am3iente. La carcasa está construida en c5apas ! perfiles de acero soldado# formando un conjunto sólido ! ro3usto que es la 3ase estructura de la máquina. :odo el conjunto de la carcasa reci3e un tratamiento de normalización para aliio de tensiones proocadas por las soldaduras. %se tipo de construcción proporciona excelente rigidez estructural de manera de soportar esfuerzos mecánicos proenientes de eentuales cortocircuitos ! i3ración# capacitando al motor para atender las más seeras necesidades.
Est&tor, Constituido por un paquete laminado de c5apas de acero silicio de alta calidad# con ranuras para alojar el deanado del estator# que opera con alimentación de potencia en corriente alterna para generar el campo magn"tico giratorio.
Rotor, %l rotor puede ser construido con polos lisos o salientes dependiendo de las características constructias del motor ! de su aplicación. %l rotor completo está formado por la estructura que compone o soporta los polos# los deanados de campo ! la jaula de arranque# que son las partes actias giratorias del motor síncrono. Los polos del campo son magnetizados a tra"s de la corriente CC de la excitatriz o directamente por anillos recolectores ! esco3illas. %n funcionamiento# los polos se alinean magn"ticamente por el entre5ierro ! giran en sincronismo con el campo giratorio del estator. Los ejes son fa3ricados en acero forjado ! mecanizados según las especificaciones. La punta de eje normalmente es cilíndrica o 3ridada.
Co#netes,
%n función de la aplicación# los motores sincrónicos pueden ser suministrados con cojinetes de rodamiento o cojinetes de deslizamiento.
Co#netes )e ro)&m#ento, %stos cojinetes están normalmente constituidos por rodamiento de esferas o de rodillos cilíndricos# dependiendo de la rotación ! de los esfuerzos axiales ! radiales a los que son sometidos# en algunas aplicaciones pueden ser utilizados rodamientos especiales. Los cojinetes de rodamientos pueden ser lu3ricados con aceite o grasa.
Co#netes )e )es$#%&m#ento, Los cojinetes de deslizamiento pueden tener lu3ricación natural (auto6lu3rica3les* o lu3ricación forzada (lu3ricación externa*.
TIPOS DE E4CITACI5N Los motores sincrónicos necesitan de una fuente de corriente continua para alimentar el deanado de campo (deanado del rotor*# que usualmente es a3astecido a tra"s de una excitatriz giratoria sin esco3illas (3rus5less* o a tra"s de anillos recolectores ! esco3illas (excitatriz estática*.
E2c#t&tr#% 0r!s6$ess 7s#n esco0#$$&s8 Los motores sincrónicos con sistema de excitación 3rus5less poseen una excitatriz giratoria# normalmente localizada en un compartimiento u3icado en la parte trasera del motor. 2ependiendo de la operación del motor# la excitatriz es construida con& %xcitatriz con alimentación de corriente continua en el estator o • %xcitatriz con alimentación de corriente alterna en el estator %l • rotor de la excitatriz alimenta el deanado de la excitación del motor# a tra"s de un puente rectificador trifásico giratorio.
E2c#t&tr#% est9t#c& 7con esco0#$$&s8 7otores sincrónicos con excitatriz del tipo estática están constituidos por anillos recolectores ! esco3illas que posi3ilitan la alimentación de corriente de los polos del rotor# a tra"s de contacto deslizante. La corriente continua para alimentación de los polos de3e ser proeniente de un conertidor ! controlador estático CACC. Los motores sincrónicos con excitatriz estática son más utilizados en aplicaciones con ariación de elocidad a tra"s de conertidores de frecuencia.
ASESORIOS
Los motores sincrónicos son suministrados con los accesorios estándar necesarios para su correcto funcionamiento ! monitoreo. %n cuanto a la especificación del motor# es importante informar los accesorios especiales deseados# para que sean incluidos en el pro!ecto ! fa3ricación del motor. Accesorios estándar • • • •
Sensores de temperatura tipo +t6100 en los dea nados del estator Sensores de temperatura tipo +t6100 en los cojinetes
Accesorios especiales • • • • • • • • • • • • • •
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Condensadores para protección contra so3retensión +ararra!os para protección contra so3retensión :ransformadores de corriente (:C* para protección d iferencial Sensores de i3ración =ndicador de posición del eje (encoder* 2ispositio para izamiento del motor Sensores de temperatura para entrada ! salida de aire =ndicador de p"rdida de agua 'lujostato para agua 'lujostato para aceite -isor de flujo de aceite -isor de flujo de agua >nidad 5idráulica para lu3ricación de los cojinetes Sistema para in!ección de aceite so3re presión para arranque ! parada del motor (5!drostatic jac?ing* :ermómetro para aceite (cojinetes* :ermómetro para agua (intercam3iador de calor* :ermómetro para aire (entilación* g +laca de anclaje 2ispositio de presurización (motores %x6p* Condensadores para lectura de descargas parciales =ndicador de centro magn"tico
PRINCIPIO DE :UNCIONAMIENTO DE LOS MOTORES C.A SINCRONO Como se pude o3serar en la figura .1 al alimentar el estator mediante un sistema trifásico de corriente alterna se genera el estator un campo magn"tico giratorio# cu!a elocidad está dada por la siguiente ecuación&
2onde f es la frecuencia de la red# ! + es el número de polos del rotor. Si en esta circunstancias# con el rotor parado# se alimenta el deanado del mismo con corriente continua se produce un campo magn"tico rotorico fijo# delante del cual pasa el campo magn"tico del estator. Los polos del rotor están sometidos a5ora a atracciones ! repulsiones en 3rees periodos de tiempo# por parte de los polos del estator pero el rotor no consigue girar# a lo sumo i3rara. Al llear el rotor a la elocidad de sincronismo# 5aciendo girar mediante un motor auxiliar# al enfrentarse polos de signo opuestos se esta3lece un enganc5e magn"tico que les o3liga a seguir girando junto# pudiendo a5ora retirar el motor auxiliar. %ste acople magn"tico se produce !a que el campo giratorio estatorico arrastra por atracción magn"tica al rotor en el mismo sentido ! elocidad. %l principio 3ásico de operación del motor síncrono es que el rotor persigue el campo magn"tico giratorio del estator alrededor de un círculo sin emparejarse del todo con dic5o campo magn"tico.
ECUACIONES :UNDAMENTALES EN UN MOTOR C.A. SINCRONO Corriente de sincronización en la armadura&
-oltaje resultante& La ecuacion (2.3) se determiena mediante el triangulo de la fgura (2.2):
3.; ANALISIS DE LAS :ORMAS DE ARRANUE DEL MOTOR TRI:ASICO M"to)os )e Arr&n!e. Como fue mencionado antes# cuando el motor esta detenido ! se le conecta a la red# este i3rara fuertemente ! se so3recalentara. %xisten por lo tanto arios m"todos para arrancarlo de una manera segura. A continuación se descri3irán los tres m"todos mas utilizados ! finalmente se mostrara un circuito para el arranque automático. Los m"todos son los siguientes.
Arranque por medio de la reducción de la recuencia eléctrica. Arranque con un motor primario externo.
Arranque con devanados de amortiguamiento. Arranque automtico.
11.1. Arranque por medio de la reducción de la frecuencia eléctrica. !i los campos magnéticos del estator en un motor s"ncrono giran a una velocidad lo sufcientemente #a$a% no &a#r ning'n pro#lema para que el rotor se acelere se enlace con el campo magnético del estator. ntonces% se puede incrementar la velocidad de los campos magnéticos del estator aumentando gradualmente la recuencia &asta su valor nominar de *+ ,-. ara esto pueden utili-ar accionadores de estado solido como ciclo convertidores. Arranque con un motor primario externo. ara llevar al motor a su velocidad s"ncrona se le puede ad$untar un motor de arranque externo. /na ve- alcan-ada esta velocidad% se conecta la maquina en paralelo a la red se desconecta el motor primario del e$e. l motor de arranque puede tener valores nominales muc&o mas peque0o que el motor que arranca a que solo de#e supera la inercia de la maquina s"ncrona en vac"o. Arranque con devanados de amortiguamiento. ste es el método ms popular de arranque. 1eci#e el nom#re de devanado amortiguador por que reduce las oscilaciones que se producen en los procesos transitorios de las maquinas% como son: •
Acoplamiento a la red.
•
i#raciones #ruscas de carga eléctrica o mecnica% etc.
Los devanados de amortiguamiento son #arras especiales dispuestas en ranuras &ec&as en la cara del rotor en un motor en cortocircuito en cada extremo con un anillo% como se muestra en la fgura +. 4reando as" un rotor del tipo $aula de ardilla el motor arranca como si uera un motor asincrónico trisico.
Arranque Automático. 5ediante el siguiente circuito se puede arrancar al motor de orma automtica% como se muestra en la fgura 6. rimero se cierra el interruptor que alimenta al estator del motor. n el instante de arranque el rotor tiene la recuencia de la red (alta recuencia). n el circuito der rotor% que alimenta la resistencia de arranque% para que esta a#sor#a la tensión elevada de las #o#inas de los polos% aparece una dierencia de potencia a los #ornes de la reactancia. sta dierencia de potencial alimenta una #o#ina del relé polari-ado% que mantiene a#ierto los contactos del mismo. La maquina arranca como motor as"ncrono de#ido a la $aula de ardilla que poseen los polo del rotor. A medida que aumenta la velocidad% la recuencia del rotor disminue% por consiguiente disminue la dierencia de potencia a los #ornes de la reactancia &asta que esta no puede mantener le ugo del relé% a cercana a la velocidad de sincronismo% cierra los contacte de él. Al cerrarse este contacto se alimenta la #o#ina del contacto% quien cierra los interruptores 2 a#re el 3 quedando de esta manera alimentado el rotor por corriente continua uncionando en sincronismo.
