M茅todos de control de velocidad del motor de inducci贸n

<p>De todas las m谩quinas el茅ctricas, el motor de inducci贸n es la m谩quina m谩s utilizada en las industrias. M谩s del 90% de los motores utilizados en la industria son motores de inducci贸n de jaula de ardilla debido a su dise帽o resistente y libre de mantenimiento. Generalmente, un motor de inducci贸n funciona a una velocidad casi constante a medida que var铆a la carga. Pero en algunas aplicaciones industriales, se requiere control de velocidad del motor. Esto requiere el requisito de tener m茅todos para el control de velocidad del motor de inducci贸n.

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Diferentes m茅todos de control de velocidad del motor de inducci贸n

Como sabemos, el rotor de un motor de inducci贸n gira a una velocidad algo menor que la velocidad s铆ncrona. De hecho, la velocidad del rotor est谩 gobernada por el deslizamiento. Primero echemos un vistazo a la relaci贸n entre la velocidad del rotor y el deslizamiento para llegar a varios m茅todos de control de velocidad del motor de inducci贸n.

Si Nr, Ns y s son la velocidad del rotor, la velocidad s铆ncrona y el deslizamiento respectivamente, entonces seg煤n la definici贸n de deslizamiento en el motor de inducci贸n,

Nr = Ns(1-s)

Pero Ns = Velocidad s铆ncrona = 120f/P

Nr = (120f/P) (1-s)

De la expresi贸n anterior de la velocidad del rotor, est谩 claro que la velocidad se puede controlar cambiando la frecuencia (f), el n煤mero de polos (P) o el deslizamiento (s).

Ahora, el recibo se puede cambiar de las siguientes maneras:

  • Cambiar la resistencia del circuito del rotor
  • Var铆e el voltaje de suministro
  • Voltaje de inyecci贸n de frecuencia adecuada en el circuito del rotor

Por lo tanto, el control de velocidad del motor de inducci贸n se puede lograr mediante un total de cinco m茅todos diferentes:

  1. Control de velocidad VVVF
  2. M茅todo de cambio de polos
  3. Control de resistencia del circuito del rotor
  4. Control de voltaje del estator
  5. Inyecci贸n de fem en el circuito del rotor

Estos m茅todos se muestran en la siguiente figura.

M茅todos de control de velocidad del motor de inducci贸n

Estos m茅todos de control de velocidad se pueden clasificar adem谩s en funci贸n de si el control se logra desde el lado del estator o desde el lado del rotor. Los siguientes m茅todos se encuentran en el lado del estator, ya que estos m茅todos se aplican en el devanado del estator:

  • M茅todo de cambio de polos
  • Control de voltaje del estator
  • Control de velocidad VVVF

Los siguientes m茅todos se emplean desde el lado del circuito del rotor para el control de velocidad:

  • Operaci贸n en cascada del motor de inducci贸n
  • Inyecci贸n fem en el circuito del rotor
  • M茅todo de control de resistencia del circuito del rotor

Cabe se帽alar que el control de velocidad desde el lado del rotor solo se aplica al motor de inducci贸n de anillos deslizantes.

M茅todos de control de velocidad desde el lado del rotor

Los siguientes son los diversos m茅todos de control de velocidad del motor de inducci贸n logrados desde el lado del rotor:

Operaci贸n en cascada del motor de inducci贸n:

Este m茅todo tambi茅n se llama control en t谩ndem y ahora est谩 obsoleto. En este m茅todo, la potencia de deslizamiento del motor de inducci贸n se utiliza para controlar la velocidad. La potencia de deslizamiento en un motor de inducci贸n es la potencia disipada en el devanado del rotor como p茅rdida 贸hmica. Como sabemos, la potencia Pg del entrehierro es la suma de la salida de potencia mec谩nica y la p茅rdida de potencia en el devanado del rotor, suponiendo que el devanado del rotor est茅 en cortocircuito. Por lo tanto,

Pg = (1-s)Pg + sPg

El primer t茅rmino en el lado derecho de la ecuaci贸n anterior es la salida de potencia mec谩nica y el segundo t茅rmino se denomina potencia de deslizamiento contabilizada por las p茅rdidas en el devanado del rotor. Esta potencia de deslizamiento se utiliza para controlar la velocidad en el funcionamiento en cascada del motor de inducci贸n.

En el control de velocidad por conexi贸n en cascada de dos motores de inducci贸n, los rotores de los dos motores est谩n acoplados mec谩nicamente. Un motor se llama motor principal y el segundo motor se llama motor auxiliar. El terminal del estator del motor principal est谩 conectado al suministro principal y la potencia de deslizamiento del motor principal se alimenta a los terminales del estator del motor de inducci贸n auxiliar a trav茅s del anillo deslizante, como se muestra en la figura a continuaci贸n.

control de velocidad en cascada del motor de inducci贸n

De esta forma, la potencia de deslizamiento del motor principal se alimenta al motor de inducci贸n auxiliar a una frecuencia de f2 = s1f1.

Supongamos ahora que P1, P2 y s1, s2 son el n煤mero de polos y deslizamientos respectivamente. Luego, para el motor principal, la velocidad s铆ncrona es 120f1/P1. Por lo tanto, su velocidad de rotaci贸n ser谩

Nr1 = (120f1/P1) (1-s1)

De manera similar para el motor auxiliar, la velocidad ser谩

Nr2 = (120f2/P2)(1-s2)

Dado que el motor principal y el motor de inducci贸n auxiliar est谩n acoplados mec谩nicamente, su velocidad debe ser igual. Esto significa,

Nr1 = Nr2

(120f1/P1) (1-s1) = (120f2/P2)(1-s2)

Dado que el deslizamiento s2 del motor de inducci贸n auxiliar es bastante peque帽o y, por lo tanto, puede ignorarse en comparaci贸n con 1. Por lo tanto, (1-s2) 鈮 1.

鈬(120f1/P1) (1-s1) = (120f2/P2)

Pero f2 = s1f1,

鈬(120f1/P1) (1-s1) = (120f1s1/P2)

鈬抯1= P2 / (P1 + P2)

Por lo tanto, la velocidad real del motor principal se da como

Nr1 = (120f1/P1) (1-s1)

= (120f1/P1) [1- P2 / (P1 + P2)]

= 120f1/(P1 + P2)

De la expresi贸n anterior de la velocidad del motor de inducci贸n principal, podemos decir que la velocidad en el funcionamiento en cascada del motor de inducci贸n es equivalente a la velocidad de un solo motor que tiene los polos (P1 + P2). Dado que en este esquema, el par de los motores principal y auxiliar est谩n en la misma direcci贸n, este m茅todo se denomina cascada acumulativa.

Si la secuencia de fases del motor auxiliar se cambia intercambiando dos cables cualquiera, desarrolla un par en una direcci贸n opuesta al motor de inducci贸n principal. Este esquema se denomina funcionamiento en cascada diferencial del motor de inducci贸n. Bajo este esquema, la velocidad del motor principal se da como

Nr1 = 120f1/(P1 鈥 P2)

De la expresi贸n anterior, es obvio que la operaci贸n en cascada diferencial solo es posible si los motores principal y auxiliar tienen diferente n煤mero de polos, es decir, P1 鈮 P2

Control de Velocidad por Inyecci贸n de EMF en Circuito Rotor:

En este m茅todo, la velocidad del motor de inducci贸n se controla inyectando una fem en el circuito del rotor. La frecuencia de esta fem inyectada debe ser una frecuencia de deslizamiento a todas las velocidades. Este m茅todo es aplicable solo para motores de inducci贸n de anillos deslizantes. Cabe se帽alar que, cuando se inyecta fem en el rotor, el motor de inducci贸n se convierte en una m谩quina de inducci贸n doblemente excitada. Mediante este m茅todo, se puede lograr una velocidad por encima de la velocidad s铆ncrona.

Para comprender mejor el principio de funcionamiento y el efecto de la inyecci贸n de fem en el circuito del rotor, debemos considerar el diagrama fasorial del motor de inducci贸n. La siguiente figura muestra el diagrama fasorial.

Inyecci贸n de EMF en el control de velocidad del circuito del rotor del motor de inducci贸n

La figura a) representa el diagrama fasorial de un motor de inducci贸n funcionando con deslizamiento s y el devanado del rotor en cortocircuito. sE2 es la fem en el devanado del rotor en cualquier deslizamiento s.

Como sabemos que, el par por fase desarrollado por el motor se da como

Te = (E2/蠅s)I2cos傻2

donde E2 = FEM generada en el devanado del rotor en estado de parada

蠅s = Velocidad s铆ncrona

Suponiendo que el par de carga es constante, entonces

Te = (E2/蠅s)I2cos傻2 = Constante

Dado que E2 y ws son constantes para un motor dado, I2cos傻2 debe permanecer constante para un requisito de par de carga constante. Una constante I2cos傻2 se muestra en la figura anterior a), b) yc) por la l铆nea horizontal punteada inferior.

En la figura b), se inyecta una fem Ej en oposici贸n de fase a la fem E2 del rotor en reposo. Dado que la velocidad del motor no puede cambiar repentinamente debido a la inercia, el efecto de la inyecci贸n de fem en el circuito del rotor es reducir la corriente del rotor de (sE2 / Z2) a [(sE2 鈥 Ej) / Z2] como se muestra en la figura c).

Debido a la reducci贸n de la corriente del rotor, el par electromagn茅tico se reduce repentinamente. Como el requerimiento de par de carga es constante, una reducci贸n en el par electromagn茅tico da como resultado una reducci贸n de la velocidad del motor. Posteriormente, el deslizamiento aumenta a un nuevo valor (por ejemplo, s’) y, por lo tanto, la fem del rotor s’E2 aumenta. Debido a este aumento en la fem del rotor, la corriente del rotor vuelve a aumentar hasta que el par electromagn茅tico se vuelve igual al par de carga constante.

Por lo tanto, se puede concluir que la inyecci贸n de fem en oposici贸n de fase a E2 da como resultado una velocidad operativa m谩s baja del motor de inducci贸n.

Si una fem est谩 en fase con la fem del rotor en reposo E2, aumenta la corriente del rotor y, por lo tanto, el par el茅ctrico. Como el par de carga es constante, la velocidad del motor aumentar谩. Por lo tanto, el deslizamiento disminuir谩 a un valor algo m谩s bajo (digamos s”). En consecuencia, la fem del rotor en el deslizamiento s” se reducir谩 y, por lo tanto, la corriente del rotor tambi茅n se reducir谩 hasta que el par el茅ctrico equilibre el par de carga.

Por lo tanto, se puede concluir que la inyecci贸n de fem en fase a E2 da como resultado una mayor velocidad operativa del motor de inducci贸n.

De la discusi贸n anterior, est谩 claro que no es la resistencia del circuito del rotor la que aumenta o disminuye. M谩s bien, es la corriente del circuito del rotor la que aumenta o disminuye debido al aumento o disminuci贸n de la fem neta del circuito del rotor debido a la inyecci贸n de fem en fase o fuera de fase con la fem del rotor en reposo E2.

Control de resistencia del circuito del rotor:

En este m茅todo, la resistencia del circuito del rotor var铆a para controlar la velocidad. Lea Control de resistencia del circuito del rotor del motor de inducci贸n para obtener m谩s detalles.

M茅todos de control de velocidad desde el lado del estator

Los siguientes son los diversos m茅todos de control de velocidad del motor de inducci贸n logrados desde el lado del estator:

Control de velocidad VVVF:

El control de velocidad mediante el cambio de la frecuencia de suministro se implementa junto con el cambio en el voltaje de suministro para tener un flujo constante. Por lo tanto, este m茅todo se denomina m茅todo de frecuencia variable de voltaje variable (VVVF). Para obtener detalles sobre este m茅todo, lea “Control de velocidad VVVF del motor de inducci贸n”.

M茅todo de cambio de polo:

En este m茅todo, el n煤mero de polos del motor de inducci贸n cambia cambiando la conexi贸n del devanado del estator. Este m茅todo ya se discuti贸 en la publicaci贸n anterior y puede leer aqu铆 en “M茅todo de cambio de polo”.

Control de voltaje del estator:

El control de velocidad del motor de inducci贸n se logra controlando el voltaje del terminal del estator. Este m茅todo es 煤til para cargas que requieren menos par de arranque pero el requisito de par aumenta con la carga. Para obtener detalles sobre este m茅todo, lea “Control de voltaje del estator del motor de inducci贸n”.

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