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CAPITULO 3. Control de velocidad de los motores de inducción.

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].

El motor de inducción de rotor bobinado se emplea mucho con control de la resistencia secundaria para cargas de naturaleza intermitente, requiriendo par de arranque elevado y aceleración y desaceleración relativamente rápidas, tales como, grúas de fundiciones, siderúrgicas y donde una elevada corriente de arranque ocasione serias

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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.


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