Quines són les dinàmiques dels motors d'inducció i síncrons?
Característiques Dinàmiques dels Motors d'Inducció i dels Motors Síncrons
Els motors d'inducció (Induction Motor) i els motors síncrons (Synchronous Motor) són dos tipus comuns de motors AC. Es diferencien significativament en estructura, principis de funcionament i característiques dinàmiques. A continuació es presenta una anàlisi de les característiques dinàmiques d'aquests dos tipus de motors:
1. Característiques de Partida
Motor d'Inducció:
Els motors d'inducció solen tenir una corrent de partida alta, sovint 5 a 7 vegades la corrent nominal. Això és degut al fet que, en la partida, el rotor està parat, i l'esclatament s=1, el que provoca una gran corrent induïda en les bobines del rotor.
El moment de partida és relativament baix, especialment sota càrrega completa, i pot ser només 1,5 a 2 vegades el moment nominal. Per millorar el rendiment de partida, es poden utilitzar inicidors suaus o inicidors estrella-triangle per reduir la corrent de partida i augmentar el moment de partida.
El procés de partida d'un motor d'inducció és asincrònic; el motor s'accelera gradualment des de l'estat parat fins a una velocitat propera a la sincrònica, però mai arriba a la sincronia exacta.
Motor Síncron:
Les característiques de partida dels motors síncrons depenen del seu tipus. Per als motors síncrons autostart (com els motors síncrons de magnèt permanent o motors síncrons amb bobines de partida), poden iniciar-se asinchronament com els motors d'inducció, però són tirats a la sincronia pel sistema d'excitació quan s'aproximen a la velocitat sincrònica.
Per als motors síncrons no autostart, normalment es requereixen dispositius externs (com convertidors de freqüència o motors auxiliars) per ajudar a iniciar el motor fins que arribi a la velocitat sincrònica, després del qual pot entrar en operació sincrònica.
Els motors síncrons solen proporcionar un moment de partida més alt, especialment aquells amb sistemes d'excitació, que poden aportar un moment significatiu durant la partida.
2. Característiques d'Operació Estable
Motor d'Inducció:
La velocitat d'un motor d'inducció és proporcional a la freqüència d'alimentació, però sempre és lleugerament inferior a la velocitat sincrònica. L'esclatament s representa la diferència entre la velocitat real i la velocitat sincrònica, típicament entre 0,01 i 0,05 (és a dir, 1% a 5%). Un esclatament menor resulta en una major eficiència, però la sortida de moment disminueix en conseqüència.
La característica moment-velocitat d'un motor d'inducció és parabòlica, amb el moment màxim que ocorre en un valor específic d'esclatament (normalment l'esclatament crític). Quan la càrrega augmenta, la velocitat disminueix lleugerament, però el motor manté una operació estable.
El factor de potència d'un motor d'inducció és típicament baix, especialment sota càrregues lleugeres o sense càrrega, possiblement tan baix com 0,7. A mesura que la càrrega augmenta, el factor de potència s'aprova.
Motor Síncron:
La velocitat d'un motor síncron és estrictament proporcional a la freqüència d'alimentació i es manté constant a la velocitat sincrònica, independentment de les variacions de càrrega. Això assegura una velocitat molt estable, fent que els motors síncrons siguin adequats per a aplicacions que requereixen un control precís de la velocitat.
La característica moment-velocitat d'un motor síncron és una línia vertical, indicant que pot proporcionar un moment constant a la velocitat sincrònica sense cap canvi de velocitat. Si la càrrega supera la capacitat màxima de moment del motor, el motor perd la sincronia i s'atura.
Els motors síncrons poden controlar el factor de potència ajustant la corrent d'excitació, permetent-los operar en modes capacitius o inductius. Aquesta característica fa que els motors síncrons siguin útils per millorar el factor de potència de la xarxa elèctrica.
3. Característiques de Resposta Dinàmica
Motor d'Inducció:
La resposta dinàmica d'un motor d'inducció és relativament lenta, especialment quan la càrrega canvia bruscament. Degut a l'inèrcia del rotor i l'inèrcia electromagnètica, hi ha un temps de retard perquè el motor s'adapti a les noves condicions de càrrega. Aquest retard pot causar fluctuacions de velocitat, especialment en aplicacions de càrrega pesada o amb inici i parada freqüents.
L'interval de control de velocitat d'un motor d'inducció és limitat, normalment assolit variat la freqüència d'alimentació (per exemple, utilitzant un variador de freqüència). No obstant això, això pot conduir a una reducció del moment, especialment a baixes velocitats.
Motor Síncron:
La resposta dinàmica d'un motor síncron és més ràpida, especialment quan la càrrega canvia. Com que la velocitat del motor sempre està sincronitzada amb la freqüència d'alimentació, pot mantenir una velocitat estable fins i tot sota variacions de càrrega. A més, la resposta de moment d'un motor síncron és ràpida, proporcionant el moment necessari en un curt període de temps.
Els motors síncrons poden ajustar el moment i el factor de potència canviant la corrent d'excitació, oferint un control més flexible. Mètodes de control avançats com el control vectorial o el control directe de moment (DTC) també es poden utilitzar per aconseguir un control precís de la velocitat i el moment.
4. Capacitat de Sobrecàrrega i Protecció
Motor d'Inducció:
Els motors d'inducció tenen una certa capacitat de sobrecàrrega i poden suportar 1,5 a 2 vegades la càrrega nominal per un curt període. No obstant això, una sobrecàrrega prolongada pot provocar sobrecalentament, danificant el material d'isolament. Per tant, els motors d'inducció solen estar equipats amb dispositius de protecció contra sobrecàrrega, com relés tèrmics o sensors de temperatura, per prevenir el sobrecalentament.
La capacitat de sobrecàrrega dels motors d'inducció depèn del seu disseny. Per exemple, els motors d'inducció amb rotor bobinat generalment tenen un millor rendiment de sobrecàrrega que els motors de gaiola de sorra, ja que la corrent del rotor es pot regular utilitzant resistors externs.
Motor Síncron:
Els motors síncrons tenen una forta capacitat de sobrecàrrega, especialment aquells amb sistemes d'excitació, que poden suportar 2 a 3 vegades la càrrega nominal per un curt període. No obstant això, una sobrecàrrega prolongada també pot provocar sobrecalentament.
Els motors síncrons estan protegits mitjançant diversos mitjans, incloent la protecció contra sobrecorrent, la protecció contra pèrdua de pas i la protecció contra falles d'excitació. La protecció contra pèrdua de pas evita que el motor perdi la sincronia sota càrrega excessiva, mentre que la protecció contra falles d'excitació assegura el funcionament adequat del sistema d'excitació.
5. Escenaris d'Aplicació
Motor d'Inducció:
Els motors d'inducció s'utilitzen ampliament en indústria, agricultura i electrodomèstics, especialment en aplicacions on no es requereix un control de velocitat de precisió elevada. Exemples inclouen ventiladors, bombes i compressors.
Degut a la seva estructura simple, cost baix i facilitat de manteniment, els motors d'inducció sovint són la opció preferida per a moltes aplicacions.
Motor Síncron:
Els motors síncrons són adequats per a aplicacions que requereixen un control de velocitat de precisió elevada, com màquines-herramienta de precisió, generadors i grans compressors. La seva capacitat de mantenir una velocitat constant i proporcionar un factor de potència alt els fa valuoses en sistemes de potència per a millorar l'eficiència de la xarxa.
Els motors síncrons també s'utilitzen ampliament en aplicacions que requereixen un control de velocitat precís i una resposta dinàmica ràpida, com sistemes servo i robòtica.
Resum
Motor d'Inducció: Corrent de partida alta, moment de partida baix, velocitat lleugerament inferior a la sincrònica, resposta dinàmica més lenta, adequat per a aplicacions industrials i domèstiques generals.
Motor Síncron: Les característiques de partida depenen del tipus, velocitat sincrònica estricta, resposta dinàmica ràpida, adequat per a aplicacions que requereixen un control de velocitat de precisió elevada i millora del factor de potència.
