Uso de Motores de Inducción en Minas (Con Diagrama)
Después de leer este artículo, aprenderá acerca de: 1. Motores de inducción en minas 2. Principio del motor de inducción en minas 3. Efecto de inducción en rotor 4. Arranque del motor de inducción 5. Equipos de arranque para motores de inducción 6 . Motores de inducción de deslizamiento 7. Motores síncronos utilizados en minas 8. Resistencia de aislamiento de un motor de inducción.
Contenido:
- Motores De Inducción En Minas
- Principio del motor de inducción en las minas.
- Efecto de inducción en el rotor
- Arranque del motor de inducción
- Equipos de arranque para motores de inducción
- Motores de inducción de deslizamiento
- Motores sincrónicos utilizados en minas.
- Resistencia de aislamiento de un motor de inducción
1. Motores de Inducción en Minas:
En las minas, los motores de inducción se usan principalmente en un recinto ignífugo. Además del gabinete, el rendimiento de los motores de inducción es el mismo que el de los otros motores, según el diseño particular. Sabemos por nuestra experiencia y conocimiento que, entre los motores de inducción, los tipos de jaula de ardilla son los más simples de todos los motores eléctricos.
Motores de inducción consta de dos partes solamente. Uno es el estator, un devanado estacionario que está conectado al suministro, y el otro es un rotor: un devanado giratorio que gira dentro del estator y acciona la carga.
Los motores de jaula de ardilla pueden diseñarse para operar desde suministros monofásicos o trifásicos. Un motor de inducción trifásico arrancará bajo carga tan pronto como se encienda el suministro. Los arrancadores se utilizan solo si es necesario reducir la corriente de arranque.
Debido a su simplicidad, los motores de jaula de ardilla son ampliamente utilizados en minas y también en otras industrias. Se utilizan bajo tierra para conducir taladros, cortadores de carbón; cargadores, transportadores y transportes, y también se puede encontrar que se utilizan ampliamente en bombas, ventiladores auxiliares y compresores pequeños.
El estator consiste en un cilindro hueco formado por laminación de hierro blando. El interior del cilindro está ranurado para recibir los conductores de un devanado trifásico. Los conductores del devanado están aislados entre sí y todo el aislamiento del estator está correctamente impregnado con barniz o resina de grado eléctrico especial para evitar el ingreso, la humedad y la suciedad, y cualquier otra partícula extraña.
El núcleo y la bobina se trabajan en un yugo de acero o hierro fundido. La figura 11.1 (a) muestra un bosquejo de un estator.
La Fig. 11.1 (b) muestra un boceto de un rotor de jaula de ardilla. El rotor consiste en una jaula cilíndrica de barras de cobre o barras de aluminio (fundido en el caso de motores pequeños) y cortocircuitado por un anillo de cobre o latón en cada extremo, lo que le da la forma de una jaula. Es por esto que los motores de inducción también se denominan motores de jaula de ardilla, ya que se parecen a la jaula de una ardilla.
Alternativamente, toda la jaula se puede moldear en una pieza de aleación de aluminio. La jaula está colocada en un núcleo cilíndrico, formado por laminaciones de hierro blando, que se engancha a un eje, ya mecanizado correctamente. El rotor está soportado por cojinetes en cada extremo del eje.
Se ajusta al estator, de modo que hay un espacio de aire muy pequeño de pocas milésimas de pulgada (generalmente variando de .015 a .028 en cada lado) entre la superficie del rotor y la superficie interna del estator.
Un espacio de aire pequeño pero uniforme es esencial para el funcionamiento eficiente del motor de inducción, en su conjunto. De hecho, la importancia del espacio de aire es tan grande que si no se mecaniza correctamente, todo el motor cambia sus características y rendimiento.
2. Principio del Motor de Inducción en Minas:
En común con todos los demás motores eléctricos, un motor de jaula crea una potencia mecánica a través del principio del motor como se describe por la reacción de los conductores de corriente en el rotor con un campo magnético. La característica definitoria de un motor de inducción es que las corrientes en los conductores del rotor son inducidas por el mismo campo con el que reaccionan.
El rendimiento y el funcionamiento de un motor de inducción dependen de la posibilidad de producir un campo magnético que gira, mientras que los bobinados que lo producen permanecen estacionarios.
Dicho campo solo puede producirse mediante un devanado conectado a un suministro de corriente alterna, mientras que, si se aplica una corriente continua a un devanado para producir un campo electromagnético, la posición del campo en el espacio está determinada completamente por la posición del devanado. Se puede hacer que el campo gire solo girando los devanados.
Podemos diseñar el estator de un motor de inducción para producir un campo giratorio de dos, cuatro, seis o cualquier número par de polos, y luego el diseño del devanado dependerá del número de polos requerido. Cada fase del suministro está conectada a un devanado en el estator.
Los devanados están diseñados de manera que cada uno da el número requerido de polos y los devanados están interconectados en estrella o en triángulo. En la formación estelar, los tres extremos de los devanados no conectados al suministro están conectados entre sí.
Los bobinados en cada fase están dispuestos de modo que, en cada semiciclo de su fase, la mitad del bobinado produzca polos norte, mientras que la otra mitad produzca polos sur. La polaridad de cada devanado se invierte en cada semiciclo.
Los bobinados están igualmente espaciados alrededor del estator en orden de fases. Los devanados producen un polo norte durante el semiciclo positivo de su fase. En la Fig. 11.2 (a) se muestra una disposición típica de los devanados.
Sin embargo, la Fig. 11.2 (b) muestra cómo el estator tiene un campo de rotación de dos polos con seis devanados. Debido a la relación entre los ciclos alternos en las tres fases, la intensidad de la corriente alcanzará un pico en los devanados sucesivos alrededor del estator.
Luego, el polo del campo agregado estará en un momento en el bobinado 1A (norte) e IB (sur), luego estará en el bobinado 3B (norte) y en el bobinado IB (norte), 1A (sur) y así sucesivamente. El efecto de conectar un suministro trifásico a un estator con seis devanados es producir un campo magnético de dos polos que completa una revolución para cada ciclo del suministro.
Velocidad de rotación de campo:
Para que un campo de dos polos complete una revolución, cada devanado en el estator debe tener una polaridad norte una vez y una polaridad sur una vez. Un campo de dos polos gira una vez por ciclo, porque cada devanado cambia la polaridad una vez en el curso de un ciclo.
Para que un campo de cuatro polos complete una revolución, cada devanado debe tener cada polaridad dos veces. Para un campo de seis polos, una revolución requiere que los devanados tengan cada polaridad tres veces, y así sucesivamente.
Ahora que vemos que los devanados cambian de polaridad solo una vez por ciclo, se sigue que cuantos más polos haya, más lenta será la rotación del campo y la velocidad del rotor. Por ejemplo, cuando se conecta a un 50 c / s. suministro, un campo de dos polos gira a 3000 rpm, un campo de cuatro polos a 1500 rpm, un campo de seis polos a 1000 rpm y un campo de octavo polo a 750 rpm.
La velocidad de esta rotación de campo se denomina velocidad síncrona, y esto se puede describir en términos de la fórmula;
Se puede hacer que el campo gire en sentido horario o antihorario. De hecho, para invertir el sentido de giro, es necesario invertir el orden de dos fases. Así, por ejemplo, si las conexiones de fase son 1-2-3 y producen una rotación en el sentido de las agujas del reloj, entonces las conexiones 3-2-1, 2-1-3 o 1-3-2 producirán una rotación en sentido contrario a las agujas del reloj.
3. Efecto de inducción en el rotor:
Cuando el devanado del estator se conecta al estator, el campo magnético giratorio barre los conductores del rotor. Estos conductores están, por lo tanto, en un campo magnético cambiante. Cada conductor tiene un emf inducido en él, y como todos los conductores del rotor están en cortocircuito, y por lo tanto están interconectados por los anillos extremos, las corrientes pueden circular.
El efecto es exactamente el mismo que si los campos estuvieran estacionarios y los conductores del rotor giraran en la dirección opuesta a la que gira el campo del estator.
La dirección del flujo de corriente en los conductores del rotor se puede encontrar aplicando la Regla de la Mano Derecha de Fleming para los generadores. La Fig. 11.3 ilustra claramente para explicar la inducción de la corriente y su efecto que causa fuerza y eventualmente la rotación del rotor.
Debido al principio de inducción, las corrientes son inducidas a fluir en los conductores del rotor, el principio del motor entra en funcionamiento y se ejerce una fuerza sobre cada conductor. Al aplicar la regla de la mano izquierda de Flemings para los motores, se puede ver que, en cualquier conductor, la fuerza del motor opera en la dirección opuesta a la que debe moverse el conductor para inducir la corriente motivadora.
En un motor de inducción, la fuerza que actúa sobre cada conductor tiende a moverlo en la misma dirección en que lo atraviesa el campo de estator giratorio. Este fenómeno se explica en la figura 11.4. Las fuerzas que actúan sobre los conductores sumados producen un par que gira el rotor en la dirección de rotación del campo y, por lo tanto, el rotor sigue girando mientras el devanado del estator está conectado a un suministro saludable.
El par producido por un motor depende de la intensidad de la corriente que fluye en el rotor. Las corrientes pesadas reaccionan con el campo giratorio para producir un par grande; y, según el mismo principio, las corrientes de luz producen solo un par pequeño.
La intensidad de la corriente inducida en el rotor depende, a su vez, de la velocidad a la que el campo giratorio está barriendo a través de los conductores, es decir, del movimiento relativo entre el rotor y el campo, que se denomina deslizamiento.
De hecho, una gran cantidad de deslizamiento da como resultado una fuerte corriente inducida, pero si el rotor se aproxima a la velocidad síncrona, las corrientes inducidas se reducen y el par cae. El rotor nunca puede alcanzar la velocidad síncrona, porque a esta velocidad, no hay movimiento relativo entre el rotor y el campo, y no se proporcionaría un par.
La cantidad de deslizamiento y, por lo tanto, la velocidad del motor están directamente relacionadas con el par requerido para conducir la carga. En una máquina de cuatro polos funcionando a 50 c / s. El sistema de suministro y el desarrollo, por ejemplo, 50 caballos de fuerza, la velocidad del campo del estator sería de 1500 rpm.
Ahora, cuando se ejecuta a plena carga, la velocidad del motor sería entre 1450 y 1470 rpm, dependiendo de la eficiencia del motor. Sin embargo, si se redujera la carga, el motor aceleraría ligeramente, y sin carga, el motor funcionaría a menos de 1500 rpm, por ejemplo, entre 1490 y 1495 rpm.
La velocidad del motor, por lo tanto, depende principalmente de la velocidad síncrona del campo del estator, y se modifica ligeramente por la carga accionada. No hay medios satisfactorios y probados para controlar o variar la velocidad de un motor de inducción simple, por lo que, para todos los propósitos prácticos, es un motor de velocidad constante.
Por esta razón, el motor de inducción se ha vuelto tan popular, ya que la mayoría de los variadores necesitan una velocidad constante. La civilización industrial moderna debería agradecer a los científicos por su invento del motor de inducción en 1885.
4. Arranque del motor de inducción:
Un motor de inducción de jaula arrancará bajo carga si se conecta directamente a una tensión de alimentación más completa. El método de inicio se conoce como conmutación o inicio directo en línea (DOL). En el momento del arranque, el deslizamiento (y, por lo tanto, la corriente del rotor inducida) se encuentra en su máxima expresión, por lo que el motor extrae una gran corriente del suministro hasta que se aproxima a la velocidad normal de funcionamiento.
Un motor de jaula puede tomar de cinco a seis veces su corriente de carga completa normal.
Todos los motores de jaula más pequeños que se utilizan en una mina, como los que se encuentran en el equipo frontal, se inician mediante el cambio directo de línea. Para acomodar la corriente de arranque, todos los dispositivos de protección en el circuito del motor están diseñados para que no se salgan durante el período de arranque.
Durante el período en que el motor arranca y funciona a la velocidad, la gran corriente consumida reduce la potencia disponible para las otras máquinas que comparten las líneas de distribución. Por esta razón, los rotores de muchos motores subterráneos están diseñados para limitar el aumento de corriente inicial lo más posible.
Un método para limitar la corriente de arranque es proporcionar al rotor una jaula doble o incluso una triple. La corriente también puede estar limitada por un diseño cuidadoso de las barras de la jaula.
La figura 11.5 muestra un esquema de un rotor de jaula doble, y la figura 11.6 ilustra las barras de rotor de secciones generalmente utilizadas en los rotores de jaula doble. De hecho, el rotor de jaula doble está construido con una jaula de alta resistencia colocada en la superficie del núcleo y una jaula de cobre de baja resistencia bien colocada en el núcleo.
En el momento del arranque, cuando el rotor está estacionario, la frecuencia de la fem inducida en las barras de la jaula, que depende de la diferencia entre las velocidades del rotor y del campo giratorio, es aproximadamente 50 c / s, la frecuencia de suministro.
A esta frecuencia, la jaula de cobre rodeada por hierro tiene una reactancia inductiva muy alta que evita que la corriente pesada fluya en ella. La corriente inducida en la jaula exterior es suficiente para permitir que el motor arranque con un par alto (hasta el doble del par de carga normal), pero la resistencia de la jaula limita la corriente de arranque.
A medida que el motor acumula velocidad, la diferencia entre las velocidades del rotor y del campo giratorio se reduce considerablemente, y la frecuencia de la fem inducida se vuelve mucho más baja. La reactancia de la jaula de cobre es, por lo tanto, mucho menor, las corrientes inducidas en ella son por lo tanto más fuertes (aunque la fem inducida se hace mucho más pequeña) y la jaula asume el deber principal de producir torque.
También hay un rotor de jaula triple, que tiene tres jaulas separadas. Comienza en una jaula de muy alta resistencia, y una segunda jaula intermedia toma el control antes de que la jaula principal funcione finalmente. Sin embargo, hay otro tipo de rotor con una sola jaula que funciona de manera muy similar a un rotor de doble jaula. Tiene barras con secciones transversales especialmente diseñadas como se muestra en la Fig. 11.6 que muestran dos formas posibles.
Una gran parte de cada barra se encuentra en lo profundo del núcleo, y esta parte tiene una alta reactancia al comenzar. La corriente fluye solo en las secciones pequeñas cerca de la superficie que ofrecen una alta resistencia a las corrientes pesadas. Por lo tanto, el motor arranca con un par alto y una corriente de arranque moderada.
A medida que el motor gana velocidad, la reactancia de las partes profundas de las barras disminuye, de modo que la corriente puede fluir libremente a través de cada barra. La jaula actúa entonces como una jaula de baja resistencia.
Discutamos brevemente las expresiones del par de arranque (T s ) y la corriente de arranque (I s ), según el diagrama equivalente como se muestra en la Fig. 11.7. Estas expresiones se dan ya que serán útiles para los ingenieros eléctricos en la comprensión del rendimiento y los problemas de los motores de inducción.
Si P 1 = Entrada de potencia, V 1 = Voltaje de entrada al estator e I 1, = Corriente de entrada al estator, y cos φ 1 es el factor de potencia, entonces
Entrada de potencia por fase
Fuera de esto, el I 1 2 R se disipa en los devanados del estator, y la pérdida (-E 1 ) I 1 calienta el núcleo, debido a la histéresis y las corrientes de Foucault. Aquí R 1 = resistencia del estator, y E 1 = fem inducida por el estator por fase.
Por lo tanto, P 1 se puede expresar de la siguiente manera:
El ángulo entre los vectores (-E 1 ) y (-) I 2 es (como se muestra en la figura 11.7 (b), que muestra un diagrama vectorial de un motor de inducción) que entre E 2 y I 2 en el rotor, como 2 . Como (-E 1 ) es el componente de voltaje asociado con el flujo mutuo, y (-I 2 ) es el componente de corriente equivalente a la corriente del rotor, entonces (-E 1, ) (-I 2 ) Cos φ 2 debe ser el Potencia entregada por la acción del transformador al rotor, es decir,
Esto puede explicarse como la energía suministrada al rotor, la fracción s se utiliza en el propio rotor y se pierde en el rotor como calor. Ahora, el resto (1-s) P 2, no aparece en el diagrama vectorial entre las cantidades del rotor.
De hecho, se convierte en potencia mecánica y se desarrolla en el eje del rotor, que por lo tanto puede expresarse como:
P m = (ls) P 2 (y esto incluye la fricción y la potencia de la edad del viento).
. . . Todo se puede expresar como:
Es decir, la potencia del rotor siempre se dividirá en esta relación. De hecho, el par es directamente proporcional a la entrada de potencia del rotor, P 2 ; y que a su vez es proporcional a la entrada del estator, considerando que las pérdidas del estator son pequeñas. Por lo tanto, la entrada del motor es directamente proporcional al par para un flujo principal y una tensión del estator dados.
5. Equipos de arranque para motores de inducción:
Los equipos de arranque se requieren principalmente para reducir la corriente de arranque de los motores. Y esto se hace con la ayuda de un equipo de control externo. Estos métodos son el inicio estrella-delta y el inicio del autotransformador.
Estos se utilizan a veces con motores más pesados, como los que se usan para accionar bombas de servicio pesado, etc. En tales motores, si se usa la alimentación directa para arrancar el motor, debido a la fuerte corriente de arranque, la fuente de alimentación se interrumpiría.
Star-Delta a partir:
Una máquina diseñada para el arranque en estrella-delta (a diferencia de una máquina diseñada para el arranque directo en línea o el arranque con autotransformador) tendrá los dos extremos de cada fase sacados de terminales separados, lo que da un total de seis terminales para el campo del estator. Luego se conecta un interruptor al circuito, como se muestra en la Fig. 11.8, de modo que la conexión del campo del estator se puede alterar al cambiar la posición del interruptor.
El sistema funciona de esta manera: el equipo se pone en marcha con el estator conectado en estrella; cuando la máquina ha alcanzado la velocidad máxima, se cambia el interruptor, de modo que los devanados del estator se conectan en delta, y la máquina funciona a lo largo de su funcionamiento normal con la conexión delta.
Para cualquier devanado de campo dado, la corriente cuando las fases están conectadas en estrella es menor (por
Por lo tanto, la corriente de arranque es aproximadamente el doble de la corriente de carga completa. El arranque en estrella delta también reduce el par de arranque, hasta cierto punto, pero puede que no sea posible arrancar el motor a plena carga.
Durante el arranque, ya que el devanado se conecta temporalmente en estrella, la tensión de fase se reduce a
Este método de arranque es barato y efectivo, siempre que no se requiera que el par de arranque exceda aproximadamente el 50 por ciento del par de carga completa. Puede ser utilizado para máquinas herramienta, bombas, etc.
Arranque de resistencia del estator: (SRS) :
Como sabemos por los principios de los motores de inducción, la salida y el par de un deslizamiento dado varían según el cuadrado de la tensión aplicada. Por lo tanto, cualquier reducción en el voltaje aplicado significa la reducción simultánea del par de arranque.
Y este principio se sigue en el método de arranque de resistencia del estator mediante la conexión de unidades de resistencia externa trifásica en serie con el terminal del estator. La figura 11.8 (a) muestra el circuito simple para este tipo de arranque.
Cuando se reduce la tensión de entrada del estator (ajustando la unidad de resistencia del estator externo) de su valor normal, por ejemplo, a la fracción x, las corrientes sin carga y de cortocircuito se cambiarán en casi la misma proporción. Pero el flujo principal que, en el rango de las cargas normales, es aproximadamente constante, está determinado por el voltaje aplicado y se reducirá sustancialmente en proporción al voltaje reducido.
La corriente de magnetización se reducirá de manera similar, siempre que el circuito magnético no esté altamente saturado. Además, las pérdidas del núcleo son aproximadamente proporcionales al cuadrado de la densidad de flujo y, en consecuencia, de la tensión; el componente activo de la corriente sin carga se reducirá en proporción a la caída de voltaje.
Mientras que el cortocircuito viene dado por el cociente de voltaje aplicado y la impedancia del cortocircuito, habrá una aproximación cercana a una función lineal del voltaje suministrado. Por lo tanto, si la corriente de arranque se reduce en una fracción, por ejemplo, x, del valor normal, el par de arranque también se reducirá en x 2 de su valor normal.
Arrancador de transformador automático:
La corriente de arranque también se puede reducir conectando dos autotransformadores en 'V' a través de las tres fases del devanado del estator como se muestra en la Fig. 11.9. Los autotransformadores tienen el efecto de reducir el voltaje aplicado al devanado del estator, de modo que se reduce la corriente inicial que toma el motor.
Cuando la máquina se acerca a la velocidad máxima, los autotransformadores se desconectan, de modo que la tensión de alimentación completa se aplica al estator. Aquí también, el par de arranque, hasta cierto punto, se reduce. La figura 11.9 muestra que el autotransformador se utiliza para reducir la tensión de fase a la fracción x del valor normal. Entonces, la corriente del motor al arrancar es I s = xl sc, y el par de arranque T s = X 2 T sc
Esto es exactamente lo mismo que en el caso de poner resistencia en el circuito del estator para reducir el voltaje. Pero en este método, la ventaja es que la tensión se reduce por el transformador, no por la resistencia.
6. Motores de inducción deslizantes:
Los motores de inducción deslizantes funcionan con el mismo principio de inducción que los motores de jaula de ardilla. Sin embargo, difieren de los motores de jaula de ardilla en la forma de rotor empleado y en el método de arranque. A diferencia de los motores de jaula, la velocidad del motor de deslizamiento puede ser controlada.
En general, los motores de anillo deslizante se utilizan para trabajos pesados, como la conducción de compresores grandes y los transportes principales, donde son esenciales una alta potencia y un control cercano de la corriente de arranque. Incluso en los motores de enrollador principal se utilizan motores de deslizamiento.
Los estatores de los motores de deslizamiento son los mismos que los de los motores de jaula de ardilla, pero el rotor de un motor de deslizamiento consiste en un devanado trifásico formado por conductores de cobre y colocado en un núcleo de hierro blando laminado.
Los conductores y los devanados están aislados unos de otros y del núcleo, y todo el aislamiento está impregnado con un barniz especial de grado eléctrico. Un extremo de cada devanado de fase está conectado a un punto de estrella dentro del rotor, los otros extremos de los devanados se llevan a tres patines montados en el eje del rotor.
Los anillos de deslizamiento del rotor están conectados a tres terminales a través de tres conjuntos de cepillos. Una unidad de arranque, conectada a los terminales, completa el circuito del rotor externamente.
La unidad de arranque consta de tres resistencias variables conectadas en estrella. Está conectado a los tres terminales de deslizamiento, de modo que cada fase del devanado del rotor tiene una resistencia variable en serie, como se muestra en la Fig. 11.10.
Por lo tanto, la resistencia del circuito del rotor se puede variar mediante un control externo. Para arrancar el motor, las resistencias se establecen en su valor más alto. Cuando se conecta el suministro al devanado del estator, el motor arranca lentamente con un par alto y una corriente del estator relativamente baja.
Las resistencias se reducen progresivamente, lo que permite que el motor se acelere, hasta que los tres terminales estén, en efecto, cortocircuitados y el motor funcione a toda velocidad. Se puede hacer que un motor de deslizamiento funcione por debajo de su velocidad máxima dejando partes de las resistencias externas en serie con los devanados del rotor.
La velocidad real del motor dependerá de la carga que conduzca y de la cantidad de resistencia que quede en el circuito. El control de un rango considerable de velocidades es posible con este método, pero se debe tener cuidado con las características de velocidad de torsión del motor, de lo contrario el motor podría dañarse.
Engranaje de cortocircuito:
Un motor destinado a funcionar continuamente a una velocidad, como un motor que acciona un compresor, a veces está equipado con un mecanismo para cortocircuitar los anillos de deslizamiento, de modo que el circuito del rotor pueda completarse dentro de la máquina. Los cepillos pueden elevarse al mismo tiempo, de modo que el desgaste del cepillo se reduce al mínimo.
Si una máquina está equipada con un interruptor de cortocircuito, el arrancador se conecta al rotor solo durante el período real de arranque, como se muestra en la Fig. 11.10. Cuando el motor ha funcionado a la velocidad, el interruptor de cortocircuito funcionó, generalmente por medio de un asa en el lado del alojamiento del anillo de deslizamiento, y el motor funciona como una máquina conectada internamente.
Factor de potencia:
Todos los jaula de ardilla y los motores de inducción del anillo deslizante funcionan con un factor de potencia retrasado. Los motores de inducción que funcionan a plena carga suelen tener factores de potencia entre 0, 8 y 0, 9, según el diseño de la máquina. Si un motor maneja menos que su carga completa, el factor de potencia se deteriora, por debajo de la mitad de la carga, puede caer hasta un mínimo de 0.5 o en algún momento incluso más bajo.
7. Motores síncronos utilizados en minas.
Al igual que un motor de inducción, un motor síncrono también consiste en un estator con un rotor funcionando dentro de él. El estator, como el de un motor de inducción, se enrolla de manera que, cuando está conectado a un suministro de corriente alterna trifásico, se produce un campo giratorio. La velocidad de rotación depende de la frecuencia del suministro y del número de polos en el campo.
Sin embargo, el rotor, a diferencia del motor de inducción, tiene un devanado de excitación que se activa mediante un suministro de corriente continua. El suministro se alimenta a través de cepillos que llevan dos anillos deslizantes, y el rotor se enrolla de manera que se produce un campo polarizado estable, que tiene el mismo número de polos que el campo del estator.
Ahora, cuando el campo del estator está energizado por un suministro de corriente alterna trifásica y el rotor está energizado por un suministro de corriente continua, cada polo del rotor es atraído por un polo opuesto del campo giratorio.
Los polos del rotor, por lo tanto, siguen los polos giratorios correspondientes, de modo que el rotor gira a la misma velocidad que el campo del estator, es decir, gira a velocidad síncrona y, por lo tanto, este motor se llama motor síncrono. La velocidad de este tipo de motor es sin embargo invariable.
Comenzando:
Un motor síncrono, como tal, no puede arrancar solo porque no produjo un par de arranque. El hecho de torsión se produce solo cuando los polos del rotor están siguiendo los polos del campo giratorio, de modo que; Antes de que el motor pueda manejar su carga, el rotor ya debe estar funcionando a una velocidad aproximadamente sincrónica. Para arrancar un motor síncrono, se debe emplear algún método para acelerarlo antes de energizar el rotor.
Se han utilizado varios métodos para hacer funcionar los motores síncronos hasta la velocidad de arranque. Un método es construir un pequeño motor de inducción separado, llamado motor pony en el eje principal, pero este método rara vez se usa. La mayoría de los motores síncronos que se utilizan en las cámaras de carbón tienen un devanado incorporado en el rotor principal, de modo que puede funcionar como motor de inducción, utilizando el campo principal.
Los tres tipos de motor síncrono más comúnmente utilizados en las cámaras de carbón son el motor de inducción síncrono, los motores síncronos de sincronización automática y los motores síncronos de caja. De hecho estos se distinguen por los métodos de su inicio.
Motor de inducción síncrono:
Un tipo de motor de inducción síncrono tiene un rotor con dos devanados. Un devanado es el devanado de excitación que está conectado al suministro de corriente continua a través de dos anillos deslizantes. El otro devanado es un devanado de inducción trifásico conectado a las resistencias de arranque a través de otros tres anillos deslizantes. Por lo tanto, el motor tiene cinco deslizamientos, como se muestra en la figura 11.11 (a).
El motor se inicia como un motor de inducción de deslizamiento, utilizando resistencias de arranque. Cuando el motor ha funcionado a una velocidad aproximadamente sincrónica, la alimentación del excitador de corriente continua se conecta y el devanado de inducción está en circuito abierto.
En otro tipo de motores de inducción síncronos, el rotor tiene un bobinado trifásico con tres anillos de deslizamiento. El motor arranca como una máquina de deslizamiento con 7 resistencias de arranque. Cuando el motor se aproxima a la velocidad síncrona, la alimentación del excitador de corriente continua se conecta y el devanado de inducción está en circuito abierto.
Con algunos motores, solo se utilizan dos anillos de deslizamiento en el suministro del excitador, una fase del devanado del rotor no funciona. Alternativamente, en otros motores, se usan los tres deslizamientos, dos fases de los devanados en paralelo y la tercera en serie, como se muestra en la figura 11.11 (b).
Motor sincrónico automático:
Un motor sincrónico automático es similar a un motor de inducción síncrono, excepto que está diseñado para eliminar la necesidad de cambiar cuando el motor se acerca a la velocidad normal de funcionamiento. El devanado del rotor está conectado permanentemente al excitador a través del anillo deslizante y los cepillos.
El motor comienza como un motor de inducción, con el circuito del rotor completado a través del generador de CC. A medida que el motor gana velocidad, la corriente continua fluye en el devanado del rotor además de la corriente alterna inducida. Cuando el rotor alcanza la velocidad síncrona, no se inducen corrientes en el rotor, ya que no hay movimiento relativo entre el campo y el rotor.
Motor sincrónico de jaula:
El rotor de este tipo tiene solo el devanado del excitador llevado a los anillos deslizantes, pero también hay una forma de jaula incrustada en el núcleo del rotor. El motor se arranca como un motor de jaula. Cuando el motor se aproxima a la velocidad síncrona, se conecta la alimentación de corriente continua.
Cuando el motor está en funcionamiento, la jaula actúa como un devanado de amortiguador y evita cualquier "caza", es decir, ligeras variaciones en la velocidad del motor que pueden causar vibraciones. Se suele emplear el arranque automático del transformador, pero algunas máquinas de este tipo se inician mediante conmutadores directos en línea.
Circuito de excitación:
La corriente de excitación para el rotor generalmente se obtiene de un pequeño generador de excitación montado en el mismo eje que el rotor, y que forma parte integral de la máquina. El único suministro externo requerido, por lo tanto, es el suministro principal normal.
Se proporciona una unidad de control, que permite variar la corriente que fluye en el devanado del rotor. Para cualquier carga dada, se requiere una cierta corriente mínima de excitación. El par que el motor es capaz de producir depende de la fuerza del campo del rotor. Si este campo es demasiado débil, no desarrollará un par de torsión suficiente para impulsar la carga y, como resultado, se producirá un bloqueo.
Factor de potencia:
Con una excitación mínima, el motor funciona con un bajo factor de potencia de retraso, entre 0, 6 y 0, 8, según la carga y el diseño de la máquina. Si la corriente de excitación aumenta por encima del mínimo necesario para conducir la carga, la velocidad y el par permanecen constantes, pero el factor de potencia mejora.
A un cierto valor de la corriente de excitación, se logra el factor de potencia de la unidad. Si la corriente de excitación aumenta aún más, se desarrolla un factor de potencia principal y, a partir de ahí, la potencia principal se reduce a medida que aumenta la corriente de excitación. Por exceso de excitación, un motor síncrono puede funcionar con un factor de potencia principal tan bajo como 0.6 o menos.
Usos:
Debido a sus características de arranque difíciles y al hecho de que su velocidad es invariable, los motores síncronos se usan solo cuando se requiere un accionamiento continuo a velocidad constante.
En las minas de carbón, los motores síncronos se utilizan comúnmente para accionar la bobinadora principal, el ventilador de ventilación principal y para accionar compresores de alto rendimiento. Debido a su capacidad para funcionar con un factor de potencia principal, estos motores ofrecen un método de corrección del factor de potencia para el sistema eléctrico de carbón.
8. Resistencia de aislamiento de un motor de inducción:
La inspección y el mantenimiento de corrientes alternas a intervalos regulares es más esencial si una mina tiene que funcionar sin problemas. El funcionamiento del servicio de rutina regular se da a continuación. Sin embargo, no todas estas operaciones pueden llevarse a cabo dentro o fuera de la superficie del carbón, es decir, dentro de la mina, y por esta razón los motores que se usan bajo tierra en la cara del carbón o en la puerta se llevan a la superficie periódicamente para una revisión completa.
El programa de mantenimiento para cada motor individual que proporciona las frecuencias de inspección y los controles que se deben realizar en cada ocasión debe ser preparado por el ingeniero eléctrico de la fábrica de carbón teniendo en cuenta la importancia y el rendimiento de cada máquina. Y esto debe ser seguido estrictamente por la administración, así como por los electricistas y operadores e ingenieros.
Inspección de resistencia de aislamiento:
En el caso del motor de inducción de jaula de ardilla, el aislamiento del devanado del estator, y en el caso del motor de inducción del anillo de deslizamiento, la resistencia de aislamiento del rotor y también del anillo de deslizamiento, se debe inspeccionar de vez en cuando. Este intervalo debe ser establecido por el ingeniero eléctrico de la mina, considerando el entorno operativo y el rendimiento de los motores. Generalmente el intervalo es cada dos meses.
Sin embargo, como línea guía, se debe prestar atención regular en las siguientes áreas:
Condición del motor debido a la entrada de suciedad:
(1) El polvo de carbón y la deposición de humedad se deben revisar regularmente.
(2) Debe comprobarse el encogimiento del aislamiento que tenderá a aflojar los devanados de sus ranuras.
Remedio:
(i) A intervalos regulares, el motor debe limpiarse soplando aire caliente y seco o retrocediendo o calentando con bombillas de alto voltaje.
(ii) El devanado debe estar limpio de humedad.
(iii) Después de esta operación, el bobinado debe secarse, barnizarse y luego cocerse a una temperatura de 90 ° a 100 ° C durante un mínimo de 6 a 8 horas.
(3) El barniz agrietado y desgastado hará que el aislamiento sea vulnerable a la penetración de suciedad y humedad.
Remedio:
El devanado debe ser horneado adecuadamente y luego barnizado.
(4) Debe comprobarse el envejecimiento o el desgaste del aislamiento, cables, eslingas, cojinetes, bloques de terminales y barras.
Remedio:
Los cables de aislamiento envejecidos y desgastados, anillos de deslizamiento, rodamientos, terminales deben reemplazarse.
(5) Se debe notar la señal de fricción entre el rotor y el estator y su causa.
Remedio:
Los cojinetes deben ser reemplazados y / o los soportes con cojinetes desgastados o dañados deben ser reemplazados por nuevos.
(6) Por encima de todo, un registro de los resultados de las pruebas de resistencia de aislamiento se debe mantener en un intervalo regular.
Prueba importante:
(1) La resistencia de aislamiento entre los devanados del estator y la tierra se prueba periódicamente mediante pruebas de resistencia de aislamiento estándar, como Megger o Metro. El valor de las pruebas sucesivas se registra, por lo que se puede observar cualquier tendencia al deterioro del aislamiento.
Si las fases del devanado del estator no están interconectadas internamente, es decir, si hay seis conductores al estator, la resistencia de aislamiento entre cada par de fases también puede tomarse y registrarse. En el caso de un motor con rotor bobinado, se mide y registra la resistencia de aislamiento entre los anillos deslizantes y el eje del rotor.
(2) A intervalos regulares, es aconsejable verificar la resistencia de los devanados cuando el estator está conectado internamente, es decir, en ese caso habrá tres conductores, la resistencia entre cada par de conductores se determina con una lectura directa de ohm metro.
Sin embargo, si el estator tiene seis conductores, la resistencia de cada fase se encuentra probando entre los dos extremos de cada devanado. En cualquiera de las pruebas, las tres lecturas obtenidas deben ser aproximadamente iguales. Los fabricantes suelen indicar el valor en su certificado de prueba. La resistencia medida debe ser igual a ese valor. Mediante esta prueba, se puede determinar el cortocircuito entre vueltas, o incluso algún defecto desarrollado en la conexión.
