Cómo son as dinámicas dos motores de indución e síncronos?
Características Dinámicas de Motores de Inducción e Motores Síncronos
Os motores de indución (Induction Motor) e os motores síncronos (Synchronous Motor) son dous tipos comúns de motores AC. Diferencíanse significativamente en estrutura, principios de funcionamento e características dinámicas. A continuación, analizamos as características dinámicas destes dous tipos de motores:
1. Características de Arranque
Motor de Indución:
Os motores de indución xeralmente teñen unha corrente de arranque alta, a miúdo 5 a 7 veces a corrente nominal. Isto é porque no arranque, o rotor está estacionario, e o deslizamento s=1, que provoca unha gran corrente inducida nas bobinas do rotor.
O par de arranque é relativamente baixo, especialmente baixo carga completa, e pode ser só 1,5 a 2 veces o par nominal. Para mellorar o rendemento de arranque, pódense usar arrancadores suaves ou arrancadores en estrela-triángulo para reducir a corrente de arranque e aumentar o par de arranque.
O proceso de arranque dun motor de indución é asíncrono; o motor acelera gradualmente desde un estado estacionario ata unha velocidade próxima á sincrónica, pero nunca alcanza exactamente a sincronía.
Motor Síncrono:
As características de arranque dos motores síncronos dependen do seu tipo. Para motores síncronos autoarrancables (como os motores síncronos de imán permanente ou motores síncronos con bobinas de arranque), poden arrancar asíncronamente como os motores de indución, pero son atraídos á sincronía polo sistema de excitación a medida que se aproximan á velocidade sincrónica.
Para motores síncronos non autoarrancables, xeralmente son necesarios dispositivos externos (como conversores de frecuencia ou motores auxiliares) para axudar no arranque do motor até que alcance a velocidade sincrónica, tras o cal pode entrar en operación sincrónica.
Os motores síncronos xeralmente proporcionan un par de arranque maior, especialmente aqueles con sistemas de excitación, que poden entregar un par significativo durante o arranque.
2. Características de Funcionamento en Estado Estacionario
Motor de Indución:
A velocidade dun motor de indución é proporcional á frecuencia da alimentación, pero sempre está ligeramente por debaixo da velocidade sincrónica. O deslizamento s representa a diferenza entre a velocidade real e a sincrónica, xeralmente oscilando entre 0,01 e 0,05 (isto é, 1% a 5%). Un deslizamento menor resulta en maior eficiencia, pero a potencia de par diminúe en consecuencia.
A característica de par-velocidade dun motor de inducción é parabólica, co par máximo ocorrendo nun valor específico de deslizamento (xeralmente o deslizamento crítico). Cando a carga aumenta, a velocidade diminúe ligeramente, pero o motor mantén un funcionamento estable.
O factor de potencia dun motor de inducción xeralmente é baixo, especialmente baixo carga leve ou sen carga, posiblemente tan baixo como 0,7. A medida que a carga aumenta, o factor de potencia mellora.
Motor Síncrono:
A velocidade dun motor síncrono é estritamente proporcional á frecuencia da alimentación e permanece constante na velocidade sincrónica, independentemente das variacións de carga. Isto asegura unha velocidade altamente estable, facendo que os motores síncronos sexan adecuados para aplicacións que requiren un control preciso da velocidade.
A característica de par-velocidade dun motor síncrono é unha liña vertical, indicando que pode proporcionar un par constante na velocidade sincrónica sen ningún cambio na velocidade. Se a carga excede a capacidade máxima de par do motor, o motor perderá a sincronía e parará.
Os motores síncronos poden controlar o factor de potencia axustando a corrente de excitación, permitindo que operen en modo capacitivo ou inductivo. Esta característica fai que os motores síncronos sexan útiles para mellorar o factor de potencia da rede eléctrica.
3. Características de Resposta Dinámica
Motor de Indución:
A resposta dinámica dun motor de inducción é relativamente lenta, especialmente cando a carga cambia de forma repentina. Debido á inercia do rotor e á inercia electromagnética, hai un tempo de retardo para que o motor se adapte ás novas condicións de carga. Este retardo pode causar fluctuacións de velocidade, particularmente en aplicacións de carga pesada ou de arranque-freto frecuente.
O rango de control de velocidade dun motor de inducción é limitado, xeralmente logrado variando a frecuencia da alimentación (por exemplo, usando un inversor de frecuencia variable). No entanto, isto pode levar a unha redución do par, especialmente a baixas velocidades.
Motor Síncrono:
A resposta dinámica dun motor síncrono é máis rápida, especialmente cando a carga cambia. Xa que a velocidade do motor está sempre sincronizada coa frecuencia da alimentación, pode manter unha velocidade estable incluso baixo variacións de carga. Ademais, a resposta de par dun motor síncrono é rápida, proporcionando o par necesario en breve tempo.
Os motores síncronos poden axustar o par e o factor de potencia cambiando a corrente de excitación, ofrecendo un control máis flexible. Métodos de control avanzados, como o control vectorial ou o control directo de par (DTC), tamén poden usarse para lograr un control preciso da velocidade e do par.
4. Capacidade de Sobrecarga e Protección
Motor de Indución:
Os motores de inducción teñen unha certa capacidade de sobrecarga e poden soportar 1,5 a 2 veces a carga nominal durante un período breve. No entanto, un sobrecarga prolongada pode causar un sobreaquecemento, danando o material de aislamento. Polo tanto, os motores de inducción xeralmente están equipados con dispositivos de protección contra sobrecargas, como reles térmicos ou sensores de temperatura, para evitar o sobreaquecemento.
A capacidade de sobrecarga dos motores de inducción depende do seu deseño. Por exemplo, os motores de inducción con rotor bobinado xeralmente teñen un rendemento de sobrecarga mellor que os motores de jaula de esquilo porque a corrente do rotor pode regularse usando resistencias externas.
Motor Síncrono:
Os motores síncronos teñen unha forte capacidade de sobrecarga, especialmente aqueles con sistemas de excitación, que poden soportar 2 a 3 veces a carga nominal durante un período breve. No entanto, un sobrecarga prolongada tamén pode levar a un sobreaquecemento.
Os motores síncronos están protexidos por varios medios, incluíndo protección contra sobrecorrente, protección contra perda de paso e protección contra fallos de excitación. A protección contra perda de paso evita que o motor perca a sincronía baixo unha carga excesiva, mentres que a protección contra fallos de excitación asegura o correcto funcionamento do sistema de excitación.
5. Escenarios de Aplicación
Motor de Indución:
Os motores de inducción son amplamente utilizados en industria, agricultura e electrodomésticos, especialmente en aplicacións onde non se require un control de velocidade de alta precisión. Exemplos inclúen ventiladores, bombas e compresores.
Debido á súa estrutura simple, baixo custo e facilidade de manutención, os motores de inducción son a opción preferida para moitas aplicacións.
Motor Síncrono:
Os motores síncronos son adecuados para aplicacións que requiren un control de velocidade de alta precisión, como máquinas ferramentas de precisión, xeradores e compresores grandes. A súa capacidade para manter unha velocidade constante e proporcionar un alto factor de potencia os fai valiosos en sistemas de enerxía para mellorar a eficiencia da rede.
Os motores síncronos tamén son ampliamente utilizados en aplicacións que requiren un control de velocidade preciso e unha rápida resposta dinámica, como sistemas servo e robótica.
Resumo
Motor de Indución: Corrente de arranque alta, par de arranque menor, velocidade ligeramente por debaixo da sincrónica, resposta dinámica máis lenta, adecuado para aplicacións industriais e domésticas xerais.
Motor Síncrono: As características de arranque dependen do tipo, velocidade sincrónica estrita, rápida resposta dinámica, adecuado para aplicacións que requiren un control de velocidade de alta precisión e mellora do factor de potencia.
