Impacto de los armónicos en el motor de inducción

¿Sabías que los armónicos pueden tener un impacto significativo en el rendimiento de los motores de inducción? En este artículo, exploraremos cómo estos ruidos eléctricos pueden afectar la eficiencia y vida útil de estos motores, así como posibles soluciones para minimizar su impacto. ¡No te lo pierdas!

Debido a la simplicidad en la construcción y la facilidad de operación y mantenimiento, los motores de inducción se han convertido en el motor principal más popular, y alrededor del 80 % de los accionamientos eléctricos son motores de inducción. Un motor de inducción dará el mejor rendimiento si se alimenta el voltaje sinusoidal perfecto al motor de inducción.

V = Vm * senoϕ

Hoy en día, los variadores de frecuencia se usan ampliamente en instalaciones industriales porque el control de velocidad del motor se puede lograr de manera fácil y precisa con el uso de VFD.


Los VFD variables usan dispositivos semiconductores para convertir el voltaje sinusoidal de entrada a CC y nuevamente a un voltaje variable regulado/frecuencia variable. La sección de inversor y convertidor de VFD tiene dispositivos semiconductores como diodos e IGBT. Los dispositivos semiconductores exhiben características no lineales en el voltaje aplicado y la corriente consumida. La no linealidad de la corriente con el voltaje aplicado introduce corriente armónica en la red eléctrica. La corriente armónica afecta gravemente el rendimiento del motor de inducción.

EFECTOS DE LOS ARMÓNICOS EN LOS MOTORES DE INDUCCIÓN

Los parámetros de rendimiento más importantes del motor de inducción son los siguientes;


Características par-velocidad

El motor debe acelerar la carga y continuar con la potencia mecánica requerida por el equipo.

Fiabilidad

El funcionamiento fiable del motor de inducción depende de la vida útil del material aislante. La resistencia de aislamiento disminuye a medida que aumenta la temperatura. La corriente de armónicos tiene una frecuencia más alta y, debido a las frecuencias más altas de la corriente de armónicos, aumentan las pérdidas por corriente de Foucault y por histéresis, lo que conduce aún más a un aumento de la temperatura central. El voltaje del eje también puede configurarse debido a una mayor capacitancia parásita en la corriente armónica de orden superior. La corriente de eje más alta puede hacer fallar los rodamientos. El rodamiento del lado del extremo no impulsor (NDE) del motor debe ser un rodamiento aislado o el eje debe conectarse a tierra a través de la escobilla de carbón.

PAR :

El par de la máquina depende de la potencia de entrada del rotor.

Potencia de entrada del rotor = Potencia de entrada del estator – Pérdidas de potencia

La distorsión armónica provoca mayores pérdidas en los motores de la misma manera que en los transformadores. Sin embargo, surgen pérdidas adicionales debido a la producción de campos generados por armónicos. Cada armónico tiene una secuencia positiva (+), negativa (-) y cero (0) que indica el sentido de giro que resultaría si se aplicara a un motor de inducción con respecto a la fundamental.

orden armónico 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12
Secuencia de fase + _ 0 + _ 0 + _ 0 + _ 0

Los armónicos de secuencia cero (3, 6, 9, 12), el tercero y los múltiplos del tercero (Triplen) producen un campo estacionario, pero dado que las frecuencias del campo armónico son más altas, las pérdidas magnéticas aumentan considerablemente y la energía armónica se disipa en forma de calor. .

Los armónicos de secuencia negativa dan como resultado un campo que gira en sentido contrario con respecto a los fundamentales, lo que da como resultado un par reducido. Los componentes de secuencia positiva producen un campo giratorio hacia adelante que se suma al par. Los componentes de torsión de secuencia positiva y negativa provocan vibraciones y reducen la vida útil del motor.

ANÁLISIS DE MOTORES DE INDUCCIÓN ALIMENTADOS CON TENSIÓN NO SINUSOIDAL

Cuando el suministro al motor de inducción proviene de un inversor o cicloconvertidor, el voltaje del terminal del motor no es sinusoidal pero tiene simetría de media onda. Una forma de onda no sinusoidal se puede resolver en componentes fundamentales y armónicos utilizando el análisis de Fourier. debido a la simetría de media onda de la salida del inversor, solo estarán presentes los armónicos impares.

Considere el componente de fase fundamental VUN = V1 sen peso, VBN = V1 (sen wt –2∏ /3) y VCN = V1 (sen wt –4∏ /3) con una secuencia de fases ABC. Los 5 correspondientesel y 7el tensión de fase armónica es

VUN = V5 pecado 5wt
VBN = V5 sen 5(wt – 2∏ /3) = V5 pecado (5wt – 4∏ /3 )
VCN = V5 sen 5 (wt –4∏ /3) = V5 pecado (5wt –2∏ /3)
Y
VUN = V7 pecado 7wt
VBN = V7 sen 7(wt – 2∏ /3) = V5 pecado (7wt – 2∏ /3 )
VCN = V7 sen 7 (wt –4∏ /3) = V5 pecado (7wt –4∏ /3)

La ecuación anterior muestra que el 7el armónico tiene una secuencia de fase ABC, que es la misma que la fundamental. Por lo tanto, es un armónico de secuencia positiva. los 5el armónico tiene una secuencia de fase ACB; por lo tanto, es un armónico de secuencia de fase negativa. Cuando el motor está conectado en triángulo, tripplen (armónicos (3, 6, 9, etc.) circula en el devanado delta, y la corriente de armónicos de este orden no se refleja en el lado de la fuente. La corriente de fase del motor se obtendrá mediante

I2 valor eficaz = yo2s + ∑ yo2metro
m=3,5…

Con corriente armónica, la corriente RMS del motor es mayor que la corriente fundamental. El aumento de corriente debido a la presencia de armónicos aumenta sustancialmente la pérdida de cobre. La pérdida del núcleo también aumenta debido a las corrientes armónicas. Debido a un aumento en las pérdidas, el motor debe reducirse en el sentido de que la potencia de salida que se puede obtener de la máquina para el mismo aumento de temperatura debe ser menor. La eficiencia también se reduce debido a un aumento en las pérdidas.

Otro efecto importante del suministro no sinusoidal es la producción de par pulsante debido a la interacción entre el campo giratorio producido por un armónico y la corriente del rotor de otro armónico. Los órdenes de armónicos 5, 7, 11, 13 son los principales contribuyentes a las pulsaciones de par. El quinto armónico produce un campo giratorio hacia atrás y el séptimo armónico produce un campo giratorio hacia adelante. Como resultado, la velocidad relativa entre el campo producido por la fundamental y la corriente armónica 5 y 7 es seis veces la velocidad de la fundamental. El mismo caso ocurre con los armónicos órdenes 11 y 13 que producen pulsaciones de par cuya frecuencia es 12 veces mayor que la de la fundamental. Cuando la frecuencia de alimentación del motor es baja, estas pulsaciones de par provocan pulsaciones en la velocidad.

COGGING Y CRAWLING:

los 5el y 7el La corriente de orden de armónicos produce una distribución de flujo resultante en el entrehierro que puede causar un fenómeno llamado cogging (negativa a comenzar suavemente o gatear (correr con un deslizamiento muy alto).

Impacto de los armónicos en el motor de inducción

La velocidad síncrona del motor es diferente para diferentes armónicos de orden. Cuando el motor comienza a acelerar, la velocidad síncrona de la velocidad base tiene que superar la velocidad síncrona de los armónicos. Si el par de carga se cumple con el par sincrónico producido con los armónicos de séptimo orden, la velocidad del motor aumentará hasta 1/7el de la velocidad base. Este fenómeno se conoce como rastreo.


RUIDO Y VIBRACIÓN:

El ruido debido a los pares asíncronos y síncronos es más evidente durante el arranque. Las fuerzas vibratorias se producen cuando el número de pares de polos de campos armónicos superiores en el estator y el rotor difiere en 1, se establece un tirón magnético en una dirección determinada, y este viaja alrededor de la máquina, tendiendo a hacer oscilar el estator-rotor. . Si la diferencia de los pares de polos es más de uno, habrá varias fuerzas radiales desequilibradas, que viajan alrededor del rotor y provocan vibraciones y ruido. La corriente de armónicos de orden superior produce el ruido audible en el motor.

EFICIENCIA Y AUMENTO DE TEMPERATURA:

Un efecto importante de la tensión y la corriente armónicas en un motor de inducción es el aumento del calentamiento debido al aumento de las pérdidas de hierro y cobre en las frecuencias armónicas. Esto afecta la eficiencia de la máquina y el aumento de temperatura. Debido al armónico, tanto las pérdidas de cobre como las de hierro aumentan porque ambas pérdidas dependen de la frecuencia.

MAYOR RESISTENCIA POR EFECTO PIEL :

La corriente tiende a fluir en la superficie exterior del conductor con una frecuencia aumentada. Este fenómeno se conoce como EFECTO PIEL. La corriente armónica tiene una frecuencia más alta y fluye en la superficie exterior del conductor.

Como resultado, el área efectiva del conductor se reduce y la resistencia del conductor aumenta porque la resistencia es inversamente proporcional al área de la sección transversal del conductor. La mayor resistencia conduce a la mayor pérdida de cobre (I 2*R) en el motor.

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