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.

MOTOR DE POLOS IMPRESOS LA 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 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: Sistema de conversión económico. Motor standard. Desventajas: 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.

ACCIONAMIENTOS CON ALIMENTACIÓN MONOFÁSICA: VARIANTES Motores trifásicos alimentados desde red monofásica, con autotransformador y capacitores de arranque y marcha. Capacitor de arranque U Iu V´ U F Capacitor de marcha Motor 3F V N W Aplicable a motores de decenas de kW. W V V´ El autotransformador permite ajustar y reducir asimetrías.

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 IMPRESOS Descripción básica de construcción Polo excitador (grabador). Bobinado estatórico bifásico. Capa de material magnético duro (ferrítico). Jaula de ardillas de alta resistencia.

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Descripción básica de funcionamiento Se caracterizan 3 etapas de funcionamiento: Arranque: Como motor asincrónico bifásico de capacitor. 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 IMPRESOS Descripción básica de funcionamiento Bobina fase “b” Bobina impresora Capacitor arranque Capacitor permanente Circuito de alimentación y mando: Bobina fase “a” 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.

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Modelado de motor de polos impresos por etapa de funcionamiento. Régimen permanente Arranque: Operación como motor asincrónico bi-monofásico de capacitor

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Descripción 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 IMPRESOS Modelado de motor de polos impresos por etapa de funcionamiento. Régimen permanente Sincronismo: Operación como motor sincrónico bi-monofásico de capacitor

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Descripción básica de funcionamiento Características cuasi-estacionarias: Ejemplo motor de 4 polos, 50 Hz.

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Descripción básica de funcionamiento Fase de sincronización. Aplicación de excitador: Evolución de la Corriente durante el proceso de arranque. Rotor interior Rotor exterior alta inercia

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Ventajas relevantes frente a otras opciones para sistemas monofásicos La jaula opera sólo en el 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. No tiene las limitaciones de potencia del motor monofásico, en relación a las corrientes de arranque. El rendimiento es superior a todas las otras opciones: en régimen no hay pérdidas en conductores rotóricos.

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Ventajas 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 IMPRESOS Ventajas 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 IMPRESOS Ventajas relevantes frente a otras opciones para sistemas monofásicos Comparación de características entre motores

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Comparación técnica y económica Troncal trifásica tetrafilar 13,2 kV Ramal bifilar monofásico 7,6 kV 2 x 25 mm2 Aleación Aluminio Motor 15 kW 7,6 kV /0,23 kV 25 kVA Transf. Swer 100 kVA 13,2 kV /7,6 kV 7,6 kV /0,23 kV Ramal monofilar 7,6 kV 1 x 25 mm2 Aleación Aluminio 25 kVA

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Ventajas 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

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Ventajas 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.

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Ventajas relevantes frente a otras opciones para sistemas monofásicos Comparación de costos de pérdidas

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS Comparación económica costo de instalación y pérdidas Ejemplo: ramales monofásicos con retorno por neutro Utilización anual 5000 hs/año (*) estimado por similitud

EL MOTOR DE POLOS IMPRESOS CONCLUSIONES La utilización del motor de polos impresos es conveniente por los conceptos siguientes: Permite el arranque directo sin producir caídas de tensión inadmisibles en redes de baja potencia de cortocircuito (rurales). 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. 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.