Schémas et méthodes typiques de démarrage des moteurs synchrones
Pour assurer le fonctionnement de puissants entraînements électriques sont utilisés moteurs électriques synchrones. Ils ont trouvé une application dans les usines de compression, les pompes, les systèmes, les laminoirs et les ventilateurs. Ils sont utilisés dans la métallurgie, le ciment, le pétrole et le gaz et d'autres industries où il est nécessaire d'utiliser des équipements de haute puissance. Dans cet article, nous avons décidé de dire aux lecteurs du site Elecroexpertcomment démarrer les moteurs synchronisés.
Avantages et inconvénients
Les moteurs synchrones sont structurellement plus compliqués que les moteurs asynchrones, mais ils présentent un certain nombre d'avantages:
- Le fonctionnement des moteurs électriques synchrones dépend dans une moindre mesure de la fluctuation de tension du réseau d'alimentation.
- Comparés aux asynchrones, ils ont une plus grande efficacité et de meilleures caractéristiques mécaniques avec des dimensions plus petites.
- La vitesse de rotation est indépendante de la charge. En d'autres termes, les fluctuations de charge dans la plage de fonctionnement n'affectent pas la vitesse.
- Ils peuvent travailler avec des surcharges importantes sur l'arbre. Si des surcharges de pointe à court terme se produisent, une augmentation du courant dans l'enroulement de champ compense ces surcharges.
- Avec un mode de courant d'excitation sélectionné de manière optimale, les moteurs électriques ne consomment pas et ne transfèrent pas d'énergie réactive au réseau, c'est-à-dire cosϕ est égal à un. Les moteurs, fonctionnant avec une surexcitation, sont capables de générer de l'énergie réactive. Ce qui leur permet d'être utilisés non seulement comme moteurs, mais aussi comme compensateurs. Si une énergie réactive est nécessaire, une tension accrue est appliquée à la bobine de champ.
Avec toutes les qualités positives des moteurs électriques synchrones, ils ont un inconvénient important - la complexité de démarrage. Ils n'ont pas de couple de démarrage. Pour commencer, un équipement spécial est nécessaire. Cela a longtemps limité l'utilisation de ces moteurs.
Méthodes de démarrage
Les moteurs électriques synchrones peuvent être démarrés de trois manières - en utilisant un moteur supplémentaire, un démarrage asynchrone et en fréquence. Lors du choix d'une méthode, la conception du rotor est prise en compte.
Elle est réalisée avec des aimants permanents, à excitation électromagnétique ou combinée. Parallèlement à l'enroulement de champ, un enroulement en court-circuit, une cage d'écureuil, est monté sur le rotor. Il est également appelé enroulement amortisseur.
Démarrage avec un moteur booster
Cette méthode de démarrage est rarement utilisée en pratique, car elle est difficile à mettre en œuvre techniquement. Un moteur électrique supplémentaire est nécessaire, qui est relié mécaniquement au rotor du moteur synchrone.
A l'aide d'un moteur accélérateur, le rotor n'est pas tordu à des valeurs proches de la vitesse de rotation du champ statorique (à vitesse synchrone). Ensuite, une tension constante est appliquée à l'enroulement de champ du rotor.
Le contrôle est effectué par des ampoules qui sont connectées en parallèle au disjoncteur, qui alimente les enroulements du stator. Le disjoncteur doit être désactivé.
Au moment initial, les lampes clignotent, mais lorsqu'elles atteignent la vitesse nominale, elles arrêtent de brûler. À ce stade, une tension est appliquée aux enroulements du stator. Le moteur électrique synchrone peut alors fonctionner indépendamment.
Ensuite, le moteur supplémentaire est déconnecté du réseau et, dans certains cas, il est déconnecté mécaniquement. Ce sont les caractéristiques du démarrage avec un moteur accélérateur.
Démarrage asynchrone
La méthode de démarrage asynchrone est de loin la plus courante. Un tel démarrage a été rendu possible après un changement dans la conception du rotor. Son avantage est qu'un moteur d'accélération supplémentaire n'est pas nécessaire, car en plus de l'enroulement de champ, des tiges de cage d'écureuil en court-circuit ont été montées dans le rotor, ce qui a permis de le démarrer en mode asynchrone. Dans cette condition, cette méthode de démarrage a été largement utilisée.
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Lorsqu'une tension est appliquée à l'enroulement du stator, le moteur accélère en mode asynchrone. Après avoir atteint des révolutions proches de la valeur nominale, l'enroulement d'excitation est activé.
La machine électrique passe en mode synchronisme. Mais pas si simple. Au démarrage, une tension apparaît dans l'enroulement de champ, qui augmente avec l'augmentation de la vitesse. Il crée un flux magnétique qui affecte les courants statoriques.
Dans ce cas, un couple de freinage se produit, ce qui peut arrêter l'accélération du rotor. Pour réduire les effets néfastes de l'enroulement de champ, ils sont connectés à une résistance de décharge ou de compensation. En pratique, ces résistances Ce sont de grandes boîtes lourdes où des spirales en acier sont utilisées comme élément résistif. Si cela n'est pas fait, une rupture de l'isolation peut se produire en raison de l'augmentation de la tension. Ce qui entraînera une défaillance de l'équipement.
Après avoir atteint la vitesse sous-synchrone, les résistances sont déconnectées de l'enroulement d'excitation et une tension constante lui est fournie par le générateur (dans le système générateur-moteur) ou par l'excitateur à thyristors (ces dispositifs sont appelés VTE, TVU et ainsi de suite, selon la série). En conséquence, le moteur passe en mode synchrone.
Les inconvénients de cette méthode sont les grands courants d'appel, ce qui provoque une baisse importante de la tension d'alimentation. Cela peut entraîner l'arrêt d'autres machines synchrones fonctionnant sur cette ligne, du fait du fonctionnement des protections basse tension. Pour réduire cet effet, les circuits d'enroulement du stator sont connectés à des dispositifs de compensation qui limitent les courants d'appel.
Cela peut être:
- Résistances ou réacteurs supplémentaires qui limitent les courants d'appel. Après l'accélération, ils sont shuntés et la tension du secteur est appliquée aux enroulements du stator.
- L'utilisation d'autotransformateurs. Avec leur aide, la tension d'entrée diminue. En atteignant une vitesse de rotation de 95 à 97% du travail, la commutation se produit. Les autotransformateurs sont éteints et une tension alternative est appliquée aux enroulements. En conséquence, le moteur électrique passe en mode de synchronisation. Cette méthode est techniquement plus complexe et coûteuse. Et les autotransformateurs échouent souvent. Par conséquent, dans la pratique, cette méthode est rarement utilisée.
Début de fréquence
Le démarrage en fréquence des moteurs synchrones est utilisé pour démarrer des appareils à haute puissance (de 1 à 10 MW) avec une tension de fonctionnement de 6, 10 KV, à la fois en mode de démarrage facile (avec la nature du ventilateur de la charge) et avec un démarrage lourd (entraînements de broyeur à boulets). À ces fins, des dispositifs de démarrage à fréquence douce sont disponibles.
Le principe de fonctionnement est similaire aux appareils haute tension et basse tension fonctionnant selon le circuit convertisseur de fréquence.Ils fournissent un couple de démarrage allant jusqu'à 100% du nominal, et permettent également le lancement de plusieurs moteurs à partir d'un seul appareil. Vous voyez un exemple de circuit avec un démarreur progressif ci-dessous, il s'allume pendant le démarrage du moteur, puis il est retiré du circuit, après quoi le moteur est connecté directement au réseau.
Systèmes d'excitation
Jusqu'à récemment, un générateur d'excitation indépendant était utilisé pour l'excitation. Il était situé sur le même arbre avec un moteur électrique synchrone. Un tel régime est toujours appliqué dans certaines entreprises, mais il est obsolète et n'est plus appliqué. Maintenant, pour réguler l'excitation, des agents pathogènes des thyristors VTE sont utilisés.
Ils fournissent:
- mode de démarrage optimal du moteur synchrone;
- maintenir un courant de champ donné dans des limites prédéterminées;
- régulation automatique de la tension d'excitation en fonction de la charge;
- limitation du courant d'excitation maximum et minimum;
- augmentation instantanée du courant d'excitation tout en abaissant la tension d'alimentation;
- amortissement du champ du rotor lorsqu'il est déconnecté du réseau d'alimentation;
- surveillance de l'état de l'isolement avec notification de panne;
- fournir une vérification de l'état de l'enroulement de champ lorsque le moteur est au ralenti;
- travailler avec un convertisseur de fréquence haute tension, assurant un démarrage asynchrone et synchrone.
Ces appareils sont extrêmement fiables. Le principal inconvénient est le prix élevé.
En conclusion, nous notons que la façon la plus courante de démarrer des moteurs synchrones est le démarrage asynchrone. Je n'ai pratiquement pas trouvé l'application de commencer à utiliser un moteur électrique supplémentaire. Dans le même temps, un démarrage en fréquence, qui vous permet de résoudre automatiquement les problèmes de démarrage, est assez coûteux.
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