Motor sincron

Element principal: motor de curent alternativ .

Reprezentarea funcționării unui motor sincron

Motorul sincron este un tip de motor electric cu curent alternativ a cărui viteză de rotație este sincronizată cu frecvența electrică . În mod obișnuit, acestea sunt motoare trifazate , dar motoarele sincrone de mică putere sunt adesea alimentate cu tensiunea monofazată comună disponibilă în case. Motorul sincron se mai numește motor vector sau motor Rowan .

Aceeași mașină electrică care funcționează ca motor sincron poate fi folosită și ca generator electric și, în acest caz, se numește alternator ; majoritatea generatoarelor electrice sunt de fapt de acest tip.

Constructie

Se compune dintr-un rotor (parte rotativă solidă cu arborele ) pe care există mai mulți poli magnetici de polaritate alternativă creați de magneți permanenți sau electromagneti alimentați cu curent continuu (numit curent de excitație) și de un stator pe care sunt prezente înfășurările. a circuitului de alimentare. Piesele polare ale statorului creează un câmp magnetic rotativ care acționează piesele polare ale rotorului.

Frecvența mecanică a motorului sincron este: $f_{R}={\frac {f_{V}}{p}}$ ${\ displaystyle f_ {R} = {\ frac {f_ {V}} {p}}}$ ${\ displaystyle f_ {R} = {\ frac {f_ {V}} {p}}}$ unde f _V este frecvența electrică (de exemplu în Italia este de 50 Hz, în Statele Unite este de 60 Hz) și p este numărul de perechi de poli pentru fiecare fază prezentă în motor. Motoarele cu mai multe piese polare pe fază au viteze mai mici, dar dezvoltă un cuplu mecanic mai mare.

Operațiune

Curba de cuplu a unui motor electric sincron

Pornirea acestui tip de motor este relativ complexă deoarece are o curbă de cuplu impulsivă centrată pe frecvența curentului de alimentare a statorului; aceasta înseamnă că rotorul are un cuplu de tracțiune numai și exclusiv dacă se rotește la aceeași frecvență ca curentul alternativ al statorului. Prin urmare, atunci când motorul este oprit, aplicarea tensiunii alternative nu poate determina pornirea motorului, deoarece rotorul are cuplu zero. Pentru aceasta, motorul este adus inițial la viteza de rotație finală prin intermediul unui motor asincron , apoi, după ce a deconectat acesta din urmă, tensiunea de alimentare este conectată la aceeași frecvență de rotație atinsă și, ulterior, se introduce sarcina mecanică a utilizatorului . Pe lângă faptul că are fizic 2 motoare în paralel, acest lucru poate fi realizat și cu motoare sincrone special concepute (prevăzute cu un rotor suplimentar în cușcă de veveriță care asigură comportamentul asincron), apoi treceți la modul sincron. În ultimii ani, utilizarea electronicii de putere a simplificat drastic demararea; de fapt, permite reglarea atât a tensiunii (și, prin urmare, a curentului) a sursei de alimentare, cât și a frecvenței. Astfel, pornind de la frecvența zero și făcându-l să crească foarte treptat, se activează continuu un cuplu care poate accelera motorul din oprire. Unitățile care permit acest mod ( invertoare sau ciclo- convertizoare ) sunt realizate cu componente semiconductoare , cum ar fi tiristorul sau tranzistorul IGBT (tranzistor bipolar izolat la poartă ) și permit crearea de sisteme electronice de control al vitezei .

Comparativ cu un motor asincron, motorul sincron nu este capabil să se adapteze la variații semnificative ale cuplului rezistent; de fapt, dacă, odată cu viteza maximă, rotația este frânată sau accelerată dincolo de o anumită limită, se declanșează o serie de oscilații care determină blocarea motorului și pot provoca supracurenți puternici, cum ar fi deteriorarea motorului; în plus, trebuie asigurată protecție împotriva supracurenților.

Utilizări

Datorită caracterului practic limitat al motorului sincron, utilizarea acestuia cu alimentare directă de la rețea este limitată la domeniile de aplicare în care este necesară o viteză de rotație deosebit de precisă și stabilă, de exemplu în industria hârtiei, unde sincronismul perfect al diferitelor motoare vă permite să evitați ruperea foilor. În schimb, este utilizat pe scară largă pentru a conduce sarcini la viteză variabilă atunci când este alimentat de un convertor static ( invertor ), așa cum se întâmplă de exemplu în majoritatea vehiculelor electrice. Există, de asemenea, mici motoare sincrone cu pornire automată și sursă de alimentare monofazată utilizate în mecanisme de sincronizare, cum ar fi temporizatoarele mașinilor de spălat casnice și o dată în unele ceasuri , exploatând precizia bună a frecvenței rețelei electrice.

Particularități

Același subiect în detaliu: condensator rotativ .

Dacă mașina este echipată cu înfășurări ale rotorului, deoarece curentul de excitație care circulă pe rotor variază, rețeaua de alimentare poate vedea o sarcină rezistivă (ohmică), inductivă sau capacitivă:

dacă motorul este subexcitat va fi văzut ca ohmic-inductiv;
dacă motorul este excitat în mod adecvat, poate fi văzut ca o sarcină pur rezistivă: în această condiție, care este cea a funcționării normale, există o absorbție minimă a curentului și o eficiență maximă;
dacă motorul este supraexcitat, va fi văzut ca ohmic-capacitiv.

Cu cât motorul are o caracteristică ohmică, cu atât este mai mare cuplul rezistent al sarcinii aplicate arborelui .

Dacă nu se aplică nicio sarcină și motorul este alimentat pentru a obține caracteristica ohmic-capacitivă, se va obține uncondensator electric rotativ , deoarece caracteristica ohmică va fi minimizată. Acesta este utilizat ca sistem de corecție a factorului de putere, în special în instalațiile de transformare a energiei electrice. Cantitatea de energie reactivă pe care o poate furniza compensatorul rotativ este cu atât mai mare cu cât supraexcitația mașinii este mai mare. Compensatorul sincron, sau factorul de fază rotativ, este în prezent înlocuit în cea mai mare parte de unități de corecție a factorului de putere compuse din condensatori statici.