Pérdida de motor síncrono: etapa de potencia y eficiencia del motor síncrono

Pérdida de motor síncrono, etapa de potencia y eficiencia

Los motores síncronos y los alternadores (o generadores síncronos) son la misma máquina excepto por las diferentes etapas del flujo de potencia. Cuando se opera una máquina para obtener potencia de salida de CA (convirtiendo la potencia mecánica de entrada en potencia de salida), se conoce como alternador o generador síncrono. Cuando la misma máquina se utiliza para obtener potencia mecánica (convirtiendo la energía eléctrica de entrada en energía mecánica de salida), se sabe que es un motor síncrono. Lo mismo es cierto para las pérdidas en estas máquinas. En otras palabras, las pérdidas de los motores síncronos y los generadores síncronos (alternadores) son casi las mismas excepto por la etapa de flujo de potencia.

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Pérdida de motor síncrono

La potencia mecánica de salida de un motor siempre es menor que su potencia de entrada. La energía se desperdicia en forma de calor en varias partes de la máquina. reducir la eficiencia del motor.

Las pérdidas del motor síncrono se pueden dividir en las siguientes categorías:

• pérdida de cobre
• pérdida de hierro y pérdida de núcleo
• Pérdida por rotación y pérdida por fricción

pérdida de cobre

pérdida de cobre (también conocido como pérdida eléctrica) es la pérdida en el devanado de cobre debido a la corriente y la resistencia del devanado. Por lo tanto, también se llama I.²R-pérdida. Cuando ocurre tanto en el estator como en el rotor de un motor síncrono.

Pérdida del estator: Esto se debe a que la corriente CA de entrada y la resistencia del devanado del estator se generan en forma de calor.está dado por

PAG._estator = (yo_estator)² (R_estator)

dónde

• PAG._estator = pérdida de potencia del estator
• I_estator = corriente del estator de entrada (devanado del inducido)
• r_estator = resistencia del estator (devanado del inducido)

Pérdida de rotor: Las pérdidas del rotor son relativamente menores que las pérdidas del estator debido a las pequeñas corrientes de CC del rotor que fluyen a través de los devanados de campo.está dado por

PAG._rotor = (yo_rotor)² (R_rotor)

dónde

• PAG._rotor = pérdida de potencia del rotor
• I_rotor = corriente de rotor de CC (devanado de campo)
• r_rotor = resistencia del rotor (devanado de campo)

Pérdida de cepillo: Del mismo modo, también se consideran pérdidas por escobillas de cobre I²Pérdida R, que representa la pérdida del rotor dada por

PAG._brasileros = (yo_rotor)² (R_polaco)

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pérdida de hierro y pérdida de núcleo

pérdida magnética

pérdida de núcleo o pérdida de hierro (también conocido como pérdida magnética) Esta es la pérdida que se produce en el núcleo o parte de hierro de un motor síncrono debido a las propiedades magnéticas del material.Estas pérdidas se dividen en dos tipos.

• pérdida de histéresis
• Pérdida por corrientes de Foucault

pérdida magnética = P_{acero de alta velocidad} +P_vórtice

Pérdida por histéresis: Esto es causado por la magnetización y desmagnetización del núcleo ferromagnético debido al campo magnético cambiante. Los ferroimanes no tienen la capacidad de cambiar repentinamente su magnetización. Durante la inversión magnética, el campo magnético aplicado se invierte rápidamente mientras se desmagnetiza gradualmente. Parte de la potencia aplicada se utiliza para desmagnetizar el núcleo. Esto se conoce como pérdida por histéresis dada por

PAG._{acero de alta velocidad} = ηB_máximo^1.6 VF

dónde

• PAG._{acero de alta velocidad} = pérdida por histéresis
• η = factor de histéresis
• B._máximo = máxima densidad de flujo magnético
• f = frecuencia de suministro
• V = volumen de material magnético

Pérdida por corrientes de Foucault: Las pérdidas por corrientes de Foucault son causadas por corrientes inducidas en el núcleo de un motor síncrono. Como sabemos, un campo magnético cambiante induce una corriente en un conductor, y el núcleo está hecho de hierro, que es un buen conductor y desperdicia energía en forma de calor conocido como pérdida.está dado por

PAG._vórtice = k_mi B.² pedo²t²Ⅴ

dónde

• PAG._vórtice = pérdida por corrientes de Foucault
• k_mi = coeficiente de corriente de Foucault
• B._máximo = máxima densidad de flujo magnético
• f = frecuencia de suministro
• t = espesor del laminado
• V = volumen de material magnético

La pérdida por corrientes de Foucault se reduce al laminar el núcleo. Los núcleos están diseñados con láminas delgadas laminadas entre ellos para reducir las corrientes inducidas (de Foucault).

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Pérdida por rotación y pérdida por fricción

pérdida mecánica

pérdida rotacional y pérdida por fricción (también conocida como pérdida mecánica) ocurre entre las partes estacionarias y móviles de la máquina. Estas son pérdidas constantes porque la velocidad del rotor es constante en un motor síncrono. Los motores síncronos tienen dos tipos de pérdidas mecánicas.

Pérdida de fricción: En un motor síncrono, la pérdida por fricción ocurre en el cojinete debido a la fricción entre la parte giratoria y el cuerpo estacionario.está dado por

PAG._fricción = kN

donde ‘k’ es una constante y ‘N’ es la velocidad en RPM

Resistencia al viento: El viento es causado por la fricción entre las partes giratorias y el aire.está dado por

PAG._viento = kN³

La resistencia al viento aumenta con el cubo de la velocidad y también depende del diseño del rotor. Los rotores de polos salientes tienen una mayor resistencia al viento debido a los polos que sobresalen. Por lo tanto, la velocidad se tiene en cuenta al diseñar el rotor.

pérdida perdida

La diferencia entre la pérdida total y la pérdida real se conoce como pérdida perdida. Estas son varias pequeñas pérdidas que ocurren en los motores síncronos por varias razones, pero que no se explican fácilmente: distorsión del flujo, distribución desigual de la corriente en la armadura, etc. Considerado como el 1% o 0,01 del total. pérdida.

PAG. _{Estoy perdido} = 1%P _{pérdida total} = 0,01 × P _{pérdida total}

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Ecuación de potencia del motor síncrono y diagrama de flujo de potencia

Como se muestra en la figura, un motor síncrono tiene diferentes etapas de potencia y la potencia en cada etapa se reduce por pérdidas.

Potencia de entrada P_de se suministra al motor síncrono y la potencia mecánica de salida P_afuera es la potencia real entregada por el motor síncrono. Las pérdidas eléctricas y mecánicas desperdician energía y reducen la potencia real entregada por el motor.

Echemos un vistazo al diagrama fasorial para obtener una mejor comprensión. A continuación se muestra un diagrama fasorial para un motor síncrono.

dónde

• V = tensión de alimentación por fase
• I_a = corriente de armadura por fase
• r_a = resistencia de armadura por fase
• imagen_b = fuerza contraelectromotriz
• imagen_r = tensión combinada, V – E_b
• z_s = impedancia síncrona
• θ = ángulo interior , entre I_a y mi_r
• α = ángulo de carga
• φ = ángulo del factor de potencia

potencia de entrada

La potencia de entrada por fase viene dada por:

PAG._pH =Ⅵ_a cosφ

La potencia de entrada trifásica total a un motor síncrono conectado en estrella viene dada por:

PAG._de =√3V_l I_l cosφ

PAG._de = 3V_pH I_pH cosφ

dónde

• Ⅴ_l = voltaje de línea
• I_l = corriente de línea
• Ⅴ_pH = tensión de fase
• I_pH = corriente de fase

potencia mecánica total desarrollada

La potencia mecánica total Pm es la potencia generada en el rotor. Se calcula restando las pérdidas del devanado del estator de la potencia de entrada de la siguiente manera:

PAG._estator = 3 yo_a² r_a

donde “Ia” y “Ra” son la corriente de armadura y la resistencia.

PAG._metros =P_de – PAG._estator

PAG._metros = √3 yo_lⅤ_l Cosφ-3I_a²r_a

de nuevo

PAG._metros = fuerza contraelectromotriz x corriente de armadura x coseno del ángulo entre ellos

PAG._metros =E_bI_a cos(α − φ) del retraso pf

PAG._metros =E_bI_a cos(α + φ) pf principal

Fuerza mecánica de salida

La potencia de salida es la potencia mecánica real entregada al eje y, en última instancia, a la carga. Se calcula restando las pérdidas magnéticas, mecánicas y de dispersión de la fuerza mecánica de la siguiente manera:

PAG._afuera =P_metros – PAG._magnetismo -PAG_mecánico

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Eficiencia del motor síncrono

La eficiencia de un motor síncrono es la relación entre la potencia mecánica de salida P._tút a la potencia de entrada P_de.Está dado por

Eficiencia, η = P_afuera /PAG_de

Eficiencia, η = (P_de – PAG._pérdida) / PAG_de

% eficiencia, η = (P_de – PAG._pérdida) / PAG_de ×100%

La eficiencia del motor síncrono depende de las pérdidas. Como la velocidad es constante, las pérdidas magnéticas también son constantes. Por lo tanto, la eficiencia depende de la carga conectada. Los motores síncronos tienen una eficiencia máxima de alrededor del 90% y son los motores más eficientes.

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