Motor síncrono vs motor asíncrono

Motor síncrono vs motor asíncrono

La diferencia definitoria es la velocidad del rotor en relación con el campo magnético giratorio del estator: a motor sincrónico El rotor de un motor asíncrono (de inducción) gira exactamente a la misma velocidad que ese campo, mientras que el rotor de un motor asíncrono (de inducción) siempre gira un poco más lento, una diferencia llamada deslizamiento. Este deslizamiento es realmente necesario para el funcionamiento del motor de inducción, ya que el movimiento relativo entre el rotor y el campo giratorio es lo que induce la corriente del rotor que genera el par en primer lugar: un motor de inducción sin deslizamiento no generaría ningún par.

Los motores síncronos evitan esta dependencia porque el rotor lleva su propio campo magnético (de imanes permanentes o devanados de campo) en lugar de depender de la corriente inducida, que es lo que le permite bloquear y mantener una sincronización exacta con el campo del estator en lugar de quedarse perpetuamente rezagado con respecto a él.

Guía de selección de motores síncronos

• Confirme que la aplicación realmente necesita una velocidad constante e independiente de la carga — si la precisión de la velocidad no es crítica, un motor de inducción puede ofrecer una solución más simple y de menor costo
• Evaluar los requisitos iniciales. — la mayoría de los motores síncronos (distintos de los tipos PMSM de arranque automático) necesitan un método de arranque o control VFD
• Sopesar los beneficios de eficiencia frente al costo inicial, particularmente para diseños PMSM donde el material magnético agrega costos pero ofrece ganancias de eficiencia
• Confirmar que los requisitos de torsión estén dentro del límite de torsión de extracción del motor. en todo el rango operativo de la aplicación
• Considere el valor de corrección del factor de potencia. si el sistema eléctrico más amplio de la instalación se beneficiaría de la capacidad de suministro de energía reactiva de un motor síncrono

Cómo elegir un motor síncrono

La elección de un motor síncrono específico para una aplicación comienza con la adaptación del par, la velocidad y la potencia nominal requeridos a la carga, similar a cualquier proceso de selección de motor, pero con atención adicional al tipo de motor síncrono específico que mejor se adapta a la aplicación. Los diseños de PMSM se adaptan a la mayoría de las aplicaciones modernas y priorizan la eficiencia y el tamaño compacto. , mientras que los motores síncronos de rotor bobinado siguen siendo relevantes para aplicaciones industriales muy grandes donde la complejidad adicional del sistema de control de excitación se justifica por la escala de la instalación y el valor de la excitación ajustable para el control del factor de potencia.

Comparación de eficiencia de motores síncronos

Los motores síncronos, en particular los diseños PMSM, generalmente superan a los motores de inducción en términos de eficiencia en la mayor parte de su rango operativo, y la brecha suele ser más pronunciada con carga parcial, una condición en la que muchas aplicaciones del mundo real pasan un tiempo de funcionamiento significativo, en lugar de funcionar continuamente a carga nominal completa. Esta ventaja de eficiencia se debe a la eliminación de las pérdidas por deslizamiento del rotor. , el calentamiento resistivo que se produce en el rotor de un motor de inducción como consecuencia directa de la corriente inducida necesaria para generar par, un mecanismo de pérdida que simplemente no existe en el rotor magnetizado independientemente de un motor síncrono.

Características de par del motor síncrono

La relación par-velocidad de un motor síncrono difiere fundamentalmente de la de un motor de inducción: en lugar de que el par varíe continuamente con la velocidad a medida que cambia el deslizamiento, un motor síncrono produce cualquier par necesario para mantener la velocidad sincrónica, hasta su límite de par máximo (extracción). Más allá de ese límite, el motor no desacelera gradualmente como lo haría un motor de inducción. — pierde la sincronización por completo y se detiene, lo que significa que las aplicaciones de motores síncronos deben dimensionarse con un margen de par adecuado por encima del par de carga máximo esperado para evitar este modo de falla abrupta.

Este comportamiento de par también significa que los motores síncronos generalmente no arrancan automáticamente contra una carga estacionaria como lo hacen muchos motores de inducción, ya que el campo magnético de un rotor estacionario no desarrolla un par promedio significativo contra un campo de estator que gira rápidamente; la mayoría de las aplicaciones de motores síncronos requieren un método de arranque que acerque el rotor a la velocidad sincrónica antes de activar el campo, o un variador de frecuencia que aumente gradualmente la frecuencia de suministro desde cero.

Control de velocidad del motor síncrono

Dado que la velocidad del motor síncrono está directamente relacionada con la frecuencia de suministro, ajustar la velocidad requiere ajustar esa frecuencia, que es exactamente lo que hace un variador de frecuencia (VFD). Los motores síncronos controlados por VFD ofrecen un control preciso de la velocidad y las ventajas de eficiencia del funcionamiento síncrono. , una combinación cada vez más común en los sistemas de propulsión industriales modernos y en los sistemas de propulsión de vehículos eléctricos, donde se requiere simultáneamente un control preciso de velocidad/par y una alta eficiencia.

Motor de imán permanente versus motor de inducción

Esta comparación cubre en gran medida el mismo terreno que la comparación más amplia entre síncrono y asíncrono, ya que PMSM es el diseño de motor síncrono moderno dominante que se compara con los motores de inducción en la mayoría de las discusiones actuales. Las ventajas del PMSM se centran en la eficiencia, la densidad de potencia y el control preciso , mientras que los motores de inducción siguen siendo los preferidos donde el menor costo inicial, la simplicidad mecánica y la capacidad de arranque automático sin electrónica de control adicional superan las ganancias de eficiencia que ofrecería un PMSM para una aplicación determinada.

Selección de motor de alta eficiencia

Seleccionar un motor de alta eficiencia implica mirar más allá de una única cifra de porcentaje de eficiencia y ver cómo se mantiene esa eficiencia en todo el rango operativo esperado real del motor, ya que muchas aplicaciones funcionan muy por debajo de la carga nominal completa durante porciones significativas de su ciclo de trabajo. Revisar la eficiencia en todo el rango de carga, no solo al 100% de carga, ofrece una imagen más precisa del consumo de energía real y del potencial de ahorro de costos que confiar únicamente en una única clasificación de eficiencia de carga completa.

Comparación del rendimiento del motor eléctrico

Selección de motores para equipos industriales

La selección de motores para equipos industriales generalmente comienza con la definición del perfil de velocidad y par de la carga en todo su rango operativo y luego evalúa qué tecnología de motor se adapta mejor a esos requisitos junto con la eficiencia, la complejidad del control y las restricciones presupuestarias. Aplicaciones con cargas estables y predecibles y sin necesidad de un control de velocidad preciso a menudo funcionan bien con motores de inducción estándar, mientras que las aplicaciones que exigen una regulación precisa de la velocidad, alta eficiencia o control dinámico del par prefieren cada vez más los diseños síncronos (particularmente PMSM) combinados con control VFD.

Factores a considerar al elegir un motor eléctrico

• Par y velocidad requeridos en todo el rango operativo, incluidas las condiciones de arranque y pico
• Requisitos de eficiencia, tanto a plena carga como en condiciones operativas típicas de carga parcial
• Necesidades de control de velocidad — velocidad fija, velocidad variable o control preciso de posición/movimiento
• Requisitos de arranque y electrónica de control disponible. (directo en línea, VFD u otro método de arranque)
• Costo total de propiedad, equilibrar el costo inicial del motor y el control con los ahorros de energía esperados y los requisitos de mantenimiento durante la vida útil del equipo