Transcription of CAPITULO 3. Control de velocidad de los motores de inducción.
1 CAPITULO 3. Control de velocidad de los motores de inducci n. Introducci n. Hasta la llegada de los modernos controladores de estado s lido, los motores de inducci n no eran las m quinas adecuadas para aplicaciones que requer an considerable Control de velocidad . El rango normal de operaci n de un motor de inducci n t pico est . confinado a menos de 5% de deslizamiento y la variaci n de la velocidad en ese rango es m s o menos directamente proporcional a la carga sobre el eje del motor . Aun si el deslizamiento fuera mayor, la eficiencia del motor ser a muy pobre puesto que las p rdidas en el cobre del rotor son directamente proporcionales al deslizamiento del motor [9].
2 Existen s lo dos t cnicas para controlar la velocidad de un motor de inducci n, una de las cuales consiste en variar la velocidad sincr nica ( velocidad de los campos magn ticos del rotor y del estator) puesto que la velocidad del rotor siempre permanece cerca de nsinc. La otra t cnica consiste en variar el deslizamiento del motor para una carga dada [9]. La velocidad sincr nica de un motor de inducci n est dada por: 120 f e nsin c = ( ). P. en donde fe es la frecuencia de l nea, y P, el n mero de polos. 31. Por tanto las nicas formas en que se puede variar la velocidad sincr nica de la m quina son: 1) cambiando la frecuencia el ctrica y 2) cambiando el n mero de polos de la m quina.
3 El Control del deslizamiento puede ser llevado a cabo bien sea variando la resistencia del rotor o variando el voltaje en las terminales del motor [9]. Cambio del n mero de polos. Existen dos m todos importantes para cambiar el n mero de polos en un motor de inducci n: 1. El m todo de polos consecuentes. 2. Devanados de estator m ltiples. El primer m todo es antiguo (1897) y se basa en el hecho de que el n mero de polos en los devanados estat ricos de un motor de inducci n se puede cambiar con facilidad en relaci n 2:1 con s lo efectuar simples cambios en la conexi n de las bobinas. En la figura se muestra el estator de un motor de dos polos adecuado para este m todo [9].
4 Al variar los polos, se produce un funcionamiento relativamente satisfactorio puesto se ha variado el n mero de polos tanto del estator como del rotor. Dichos motores polif sicos de jaula y monof sicos se denominan motores de inducci n de velocidad m ltiple. Estos motores poseen devanados estat ricos, espec ficamente dise ados para la variaci n de polos mediante los m todos de conmutaci n manual y/o autom tica, en que los diversos devanados estat ricos primarios se conectan en combinaci n serie paralelo. Los motores de inducci n de velocidad m ltiple son asequibles en combinaciones de velocidad s ncrona doblada o cuatriplicada, mediante la variaci n de polos [5].
5 32. Figura Devanado estat rico de dos polos para cambio de polos [9]. En la figura se puede ver c mo en una configuraci n de dos polos, cuando la conexi n en una de las dos bobinas se invierte, los dos son polos norte y el flujo magn tico retorna al estator en puntos intermedios entre las dos bobinas. Los polos sur son llamados polos consecuentes y el devanado es ahora de cuatro polos [9]. Como m todo de Control de velocidad s lo puede utilizarse para producir velocidades relativamente fijas (600, 900, 1200 1800 ) para un motor de inducci n cuya velocidad var a s lo ligeramente (del 2 al 8%) desde vac o a plena carga. La variaci n polar como m todo de Control de la velocidad presenta las siguientes ventajas: (1) elevado rendimiento a cualquier ajuste de la velocidad , (2) buena regulaci n de la velocidad para cualquier ajuste de la misma, (3) simplicidad de Control en la obtenci n de cualquier velocidad determinada mediante la conmutaci n manual o autom tica, y (4) reguladores de velocidad auxiliares asociados al motor relativamente baratos [5].
6 33. Figura Devanado de 2 a 4 polos mediante polos consecuentes [9]. La variaci n polar se emplea, primordialmente, donde se desee obtener la versatilidad de dos o cuatro velocidades relativamente constantes que est n ampliamente separadas. Por ejemplo, en taladradoras para perforar materiales de diferente dureza y grosor [5]. Sus mayores inconvenientes son: (1) Se requiere un motor especial, que posea los devanados necesarios y las terminales llevados al exterior del estator para intercambio de polos;. (2) No puede conseguirse un Control gradual y continuo de la velocidad . Un inconveniente del m todo de polos consecuentes es que las velocidades obtenidas est n en relaci n 2:1, y no se pueden conseguir velocidades intermedias mediante los procedimientos de conmutaci n.
7 Este inconveniente queda superado mediante la utilizaci n de dos devanados independientes, cada cual creando un campo y un n mero de 34. polos total independientes. Por ejemplo, si hablamos de un motor trif sico de dos devanados, uno de ellos se bobina para cuatro polos, y el otro, para seis polos. De esta forma, el primer devanado producir una velocidad elevada de 1800 , mientras que el segundo, una baja de 1200 [5]. Cuando el principio del motor de inducci n de velocidad m ltiple, de doble devanado, se combina con el m todo de conexi n de polos consecuentes, se obtiene un total de cuatro velocidades s ncronas (1800, 1200, 900 y 600 ) [5].
8 Los inconvenientes de dicho motor en comparaci n con el de polos subsecuentes son: 1. Mayor tama o y peso para la misma potencia de salida (puesto que s lo se emplea un devanado al mismo tiempo). 2. Costo m s elevado debido al mayor tama o de la carcasa 3. Mayor reactancia de dispersi n porque las ranuras necesarias para los dos devanados son m s profundas. 4. Regulaci n m s pobre de la velocidad debido a la mayor reactancia de cada devanado [5]. Control de la resistencia del secundario. La inserci n de una resistencia rot rica suplementaria produce un incremento en el deslizamiento del rotor. Este m todo presenta las siguientes ventajas: 1.
9 Variaci n de la velocidad sobre una amplia gama por debajo de la velocidad s ncrona del motor . 35. 2. Simplicidad de funcionamiento, tanto desde el punto de vista manual como autom tico. 3. Costos iniciales y de mantenimiento bajos para los reguladores manuales y autom ticos [5]. Sin embargo, presenta los inconvenientes de: 1. Bajo rendimiento, debido al aumento de las p rdidas de la resistencia del rotor ( a grandes valores de deslizamiento, estas p rdidas son casi las totales, ver figura ). 2. Pobre regulaci n de la velocidad [5]. Figura Control de velocidad mediante variaci n de la resistencia del rotor [9]. 36. El motor de inducci n de rotor bobinado se emplea mucho con Control de la resistencia secundaria para cargas de naturaleza intermitente, requiriendo par de arranque elevado y aceleraci n y desaceleraci n relativamente r pidas, tales como, gr as de fundiciones, sider rgicas y donde una elevada corriente de arranque ocasione serias perturbaciones de la l nea [5].
10 Ya que la velocidad y el deslizamiento de un motor de inducci n de rotor bobinado son proporcionales a la resistencia del rotor, el m todo de Control de la velocidad mediante la variaci n de la resistencia secundaria del rotor se denomina a veces Control del deslizamiento [5]. Control del voltaje de l nea. El par del motor de inducci n bajo condiciones de arranque y de marcha var a con el cuadrado del voltaje aplicado al primario del estator. Para una carga determinada, reduciendo el voltaje de l nea se reducir el par con el cuadrado de la reducci n del voltaje de l nea, y la reducci n del par producir un incremento del deslizamiento. Aunque reducir el voltaje de l nea y el par como m todo de incrementar el deslizamiento servir para controlar la velocidad hasta cierto grado en motores monof sicos de fase partida, particularmente, y en motores de inducci n peque os, en general, resulta el m todo menos satisfactorio de Control de la velocidad para motores polif sicos, ya que el par m ximo a la mitad del voltaje nominal es un cuarto del mismo a dicha tensi n nominal.