MOTOR DE POLOS IMPRESOS LA NECESIDAD DE MOTORES MONOFASICOS DE DECENAS DE kW Las zonas rurales...
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MOTOR DE POLOS IMPRESOS MOTOR DE POLOS IMPRESOS LA NECESIDAD DE MOTORES MONOFASICOS DE DECENAS DE kW Las zonas rurales pueden requerir fuerza motriz relevante para: •Sistemas de riego •Eventuales procesamientos primarios o almacenamiento. Por la dispersión de demanda eléctrica, se requieren grandes extensiones de líneas de Media Tensión por usuario. Las corrientes de las líneas rurales son bajas: los conductores se definen por requerimientos mecánicos. La diferencia de costo entre la línea monofásica y trifásica es relevante.
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MOTOR DE POLOS IMPRESOSMOTOR DE POLOS IMPRESOSLA NECESIDAD DE MOTORES MONOFASICOS DE DECENAS DE kW
Las zonas rurales pueden requerir fuerza motriz relevante para:
•Sistemas de riego
•Eventuales procesamientos primarios o almacenamiento.
Por la dispersión de demanda eléctrica, se requieren grandes extensiones de líneas de Media Tensión por usuario.
Las corrientes de las líneas rurales son bajas: los conductores se definen por requerimientos mecánicos.
La diferencia de costo entre la línea monofásica y trifásica es relevante.
MOTOR DE POLOS IMPRESOSMOTOR DE POLOS IMPRESOSLA NECESIDAD DE MOTORES MONOFASICOS DE DECENAS DE kW
Orden de magnitud de precios de accionamientos y líneas en $:
Sistema Costo de línea MT aprox. por km
Costo de instalación de transf aprox.
Costo de Motor trifásico, sistema de mando y/o conversión
Monfásico retorno por tierra
22400 13000 15000
Monofásico con neutro transportado
27200 12500 15000
Trifásico 39000 20100 8000
La diferencia del costo de un sistema de distribución monofásico y uno trifásico, es notable por la incidencia del costo de la línea.
Para longitudes de línea importantes, el ahorro justifica el mayor costo del accionamiento.
ACCIONAMIENTOS CON ALIMENTACIÓN MONOFÁSICA: VARIANTES
Motores monofásicos de potencia entera.
Ventajas:Sistema de arranque sencillo ampliamente utilizado.
ACCIONAMIENTOS CON ALIMENTACIÓN MONOFÁSICA: VARIANTES
Motores monofásicos de potencia entera.
Desventajas:
Alta corriente de arranque.
En muchas distribuidoras de EEUU no se permiten potencias mayores a 7,5 kW.
Límite de potencia disponible 11 kW.
Bajo rendimiento.
ACCIONAMIENTOS CON ALIMENTACIÓN MONOFÁSICA: VARIANTES
Motores trifásicos alimentados desde red monofásica, con capacitores de arranque y marcha
Ventajas:
No puede controlarse la simetría para los distintos estados de funcionamiento.
La asimetría de corriente es severa, debe declasarse el motor a un 67% con sólo capacitor de marcha, y a un 80% con capacitor de arranque y marcha.
U
V
W
F
NM
Carr
marC
Sistema de conversión económico.
Motor standard.
Desventajas:
ACCIONAMIENTOS CON ALIMENTACIÓN MONOFÁSICA: VARIANTES
Motores trifásicos alimentados desde red monofásica, con autotransformador y capacitores de arranque y marcha.
El autotransformador permite ajustar y reducir asimetrías.
F
N
U
V
W
Motor 3F
Capacitor de arranque
Capacitor de marcha
Aplicable a motores de decenas de kW.
U
VW
IuV´
V´
ACCIONAMIENTOS CON ALIMENTACIÓN MONOFÁSICA: VARIANTES
Motores trifásicos alimentados desde red monofásica, con autotransformador y capacitores de arranque y marcha.
Ventajas:
Motor standard.
No requiere prácticamente declasado.
Desventajas:
Mayor costo por el autotransformador.
El sistema debe diseñarse para la aplicación específica.
La corriente de arranque es alta.
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSDescripción básica de construcción
Capa de material magnético duro (ferrítico).
Jaula de ardillas de alta resistencia.
Bobinado estatórico bifásico.
Polo excitador (grabador).
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSDescripción básica de funcionamiento
Arranque:Como motor asincrónico bifásico de capacitor.
Se caracterizan 3 etapas de funcionamiento:
Sincronización:Aproximadamente al 80% de la velocidad de
sincronismo se imprimen polos. El motor acelera hasta la sincronización.
Marcha en régimen:Como motor sincrónico de imanes permanentes.
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSDescripción básica de funcionamiento
Circuito de alimentación y mando:
• Alta resistencia de jaula: baja corriente de arranque y alta cupla, resbalamiento en operación como MA alto.
• La ferrita coopera con cupla de histéresis en todo el proceso de arranque.
Bobina impresora
Bobina fase “a”
Bobina fase “b”
Capacitor arranque
Capacitor permanente
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSModelado de motor de polos impresos por etapa de
funcionamiento. Régimen permanente
Arranque: Operación como motor asincrónico bi-monofásico de capacitor
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSDescripción básica de funcionamiento
Fase de sincronización. Aplicación de excitador:La magnetización se imprime con un ángulo respecto del campo impuesto por la alimentación para maximizar la cupla sincrónica.
La reescritura en cada vuelta pone “en sincronismo” nuevamente la magnetización con el flujo de máquina
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSModelado de motor de polos impresos por etapa de
funcionamiento. Régimen permanente
Sincronismo: Operación como motor sincrónico bi-monofásico de capacitor
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSDescripción básica de funcionamiento
Características cuasi-estacionarias:
Ejemplo motor de 4 polos, 50 Hz.
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSDescripción básica de funcionamiento
Fase de sincronización. Aplicación de excitador:
Rotor interior
Evolución de la Corriente durante el proceso de arranque.
Rotor exterior alta inercia
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSVentajas relevantes frente a otras opciones para sistemas
monofásicos
La jaula opera sólo en el arranque:
El rendimiento es superior a todas las otras opciones: en régimen no hay pérdidas en conductores rotóricos.
No tiene las limitaciones de potencia del motor monofásico, en relación a las corrientes de arranque.
Se puede diseñar jaula de alta resistencia, con corriente de arranque menor y cupla mayor que en motores asincrónicos monofásicos o trifásicos con sistemas de adaptación.
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSVentajas relevantes frente a otras opciones para sistemas
monofásicos
Factor de potencia superior: con diseño apropiado de excitación, puede ser prácticamente 1.
Mejor conducta ante huecos de tensión e interrupciones breves que un motor asincrónico. En la reenergización el desplazamiento de la fem interna es menos relevante.
Frente a los MS convencionales con arranque asincrónico: sin limitación de momento de inercia para sincronización. Los polos se reescriben contínuamente al mismo ángulo relativo al flujo.
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSVentajas relevantes frente a otras opciones para sistemas
monofásicos
Rendimiento típicos de Motor monofásico asincrónicos y de polos impresos, en función de la potencia
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSVentajas relevantes frente a otras opciones para sistemas
monofásicos
Comparación de características entre motores
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSComparación técnica y económica
Troncal trifásica tetrafilar 13,2 kV
Ramal bifilar monofásico 7,6 kV
2 x 25 mm2 Aleación AluminioMotor 15 kW
7,6 kV /0,23 kV
25 kVA
Motor 15 kW
Ramal monofilar 7,6 kV
1 x 25 mm2 Aleación Aluminio
7,6 kV /0,23 kV
25 kVA
Transf. Swer 100 kVA 13,2 kV /7,6 kV
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSVentajas relevantes frente a otras opciones para sistemas
monofásicos
Impacto del arranque de las distintas opciones de motores, en sistemas monofásicos de neutro transportado y trifásicos
Tipo motor Motor polos impresos Motor monofásicoMotor trifásico con
convertidor
Long línea (km)
Caída de tensión en bornes BT
Caída de tensión en
MT
Caída de tensión en bornes BT
Caída de tensión en
MT
Caída de tensión en bornes BT
Caída de tensión en
MT1 6,3% 0,1% 33,8% 0,3% 25,4% 0,2%5 6,6% 0,4% 34,5% 1,3% 25,9% 0,9%10 7,0% 0,8% 35,3% 2,5% 26,6% 1,9%15 7,4% 1,3% 36,1% 3,7% 27,3% 2,8%20 7,8% 1,7% 36,9% 4,9% 28,0% 3,7%
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSVentajas relevantes frente a otras opciones para sistemas
monofásicos
Impacto del arranque de las distintas opciones de motores, en sistemas monofásicos de retorno por tierra y trifásicos.
Tipo motor Motor polos impresos Motor monofásicoMotor trifásico con
convertidor
Long línea (km)
Caída de tensión en bornes BT
Caída de tensión en
MT
Caída de tensión en bornes BT
Caída de tensión en
MT
Caída de tensión en bornes BT
Caída de tensión en
MT1 6,5% 0,3% 34,6% 0,9% 26,0% 0,6%5 6,8% 0,7% 35,3% 1,9% 26,6% 1,4%10 7,3% 1,1% 36,1% 3,3% 27,3% 2,4%15 7,7% 1,6% 37,0% 4,5% 28,1% 3,4%20 8,1% 2,0% 37,8% 5,8% 28,8% 4,3%
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOSVentajas relevantes frente a otras opciones para sistemas
monofásicos
Comparación de costos de pérdidas
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOS
Concepto de costo UPolos
escritos monofásico
Asincrónico monofásico
(*)
Asincrónico trifásico con convertidor
de fase
Asincrónico trifásico
Costo adquisición motor y conversor $ 29250 10688 15525 6840Costo capitalizado pérdidas motor $ 4404 17208 21459 13065Costo instalación transformador MT/BT $ 12500 12500 12500 20100Costo capitalizado pérdidas transf. $ 2701 4265 3769 4299Subtotal $ 48855 44660 53253 44303Línea de MTCosto instalación/km $ 29700 29700 29700 39000Costo capitalizado pérdidas/km $ 356 692 585 159(suponiendo 4 puestos con fuerza motriz distribuidos)Costo total en función de la extensión de red MT
Longitud de red MT (km) 0 48855 44660 53253 443031 78911 75053 83538 834623 139022 135837 144109 1617805 199133 196622 204680 240098
10 349411 348583 356108 43589215 499689 500545 507535 63168620 649967 652506 658963 827481
Utilización anual 5000 hs/año
(*) estimado por similitud
Comparación económica costo de instalación y pérdidas
Ejemplo: ramales monofásicos con retorno por neutro
EL MOTOR DE POLOS IMPRESOSEL MOTOR DE POLOS IMPRESOS
La utilización del motor de polos impresos es conveniente por los conceptos siguientes:
CONCLUSIONES
Presenta un mejor desempeño respecto de la capacidad de aceleración de cargas de gran inercia o alta cupla resistente.
Su aplicación en áreas rurales resulta en un menor costo de red de MT y en una mayor eficiencia energética.
Permite el arranque directo sin producir caídas de tensión inadmisibles en redes de baja potencia de cortocircuito (rurales).
Su factibilidad económica es condicionada por el mayor costo de adquisición del motor.
No obstante se espera que en un medio plazo su costo disminuya con la generalización de su aplicación.
