Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
El motor trifásico de inducción es una herramienta muy importante en las fábricas actuales. Puede encontrar este potente motor de inducción en muchos lugares, como talleres y granjas. Pero estos motores suelen funcionar a una sola velocidad, que es una velocidad constante. ¿Qué ocurre si necesita que un ventilador vaya más despacio o una cinta transportadora vaya más deprisa? Por eso es tan útil el control de velocidad. Esta guía le enseñará algunas formas sencillas de gestionar el control de motores de inducción trifásicos. Cuando lea esto, aprenderá a hacer que sus máquinas funcionen mejor. También aprenderá a ahorrar energía y a hacer que su trabajo vaya más fluido. Explicaremos ideas complicadas en sencillos pasos. De este modo, le resultará sencillo comprenderlas y ponerlas en práctica.
Muchas tareas no requieren que un motor funcione a su velocidad máxima todo el tiempo. Por ejemplo, piense en una bomba de agua. A veces hay que mover mucha agua. Otras veces, sólo necesita mover un poco. Si el motor de inducción funciona siempre a máxima velocidad, se desperdicia mucha energía. El control de velocidad le permite adaptar la velocidad del motor al trabajo que necesita realizar. Esto es muy importante para controlar la velocidad.
Utilizar un buen control de velocidad de los motores trifásicos le proporciona muchas cosas buenas. Le ayuda a ahorrar electricidad, y eso le ahorra dinero. Hace que sus máquinas se dañen menos con el tiempo. Esto ayuda a que duren más tiempo. También le ayuda a tener más control sobre su trabajo. Por ejemplo, puede poner en marcha lentamente una cinta transportadora para que los artículos no se caigan. Un buen control de la velocidad hace que un gran motor de inducción sea aún mejor. Es más útil y gasta menos energía.
Antes de hablar del control de velocidad, veamos cómo funciona un motor de inducción trifásico. Tiene dos partes principales. Son el estator y el rotor. El estator es la parte exterior que permanece inmóvil. En su interior hay bobinas de alambre que se denominan bobinado del estator. El rotor es la parte interior que gira.
Cuando se envía un suministro trifásico de tensión al bobinado del estator, ocurre algo interesante. Se crea un campo magnético giratorio. Puede imaginárselo como un imán que gira dentro del estator. Este campo magnético pasa por las barras del rotor. Esto crea, o induce, una tensión y una corriente en su interior. Esta corriente inducida en el rotor crea su propio campo magnético. Los dos campos magnéticos se empujan y tiran el uno del otro. El campo del estator arrastra al rotor, lo que hace que gire. El motor se denomina motor de inducción porque la tensión se produce en el rotor sin que ningún cable entre en contacto con él.
La velocidad del campo magnético giratorio dentro del estator se conoce como velocidad síncrona. Es la velocidad más rápida que puede alcanzar el motor de inducción. La regla matemática para la velocidad síncrona (Ns) es:
Ns = (120 x f) / P
La velocidad real del rotor es siempre un poco menor que la velocidad síncrona. La pequeña diferencia de velocidad entre la velocidad síncrona y la velocidad del rotor se llama "deslizamiento". Este deslizamiento es lo que permite al motor de inducción crear fuerza de giro, o par, y realizar trabajo. Si no hubiera deslizamiento, el par del motor de inducción sería nulo. Por lo tanto, para cambiar la velocidad de un motor de inducción, debemos cambiar la velocidad sincrónica o cambiar el deslizamiento. La velocidad sincrónica del motor es la parte más importante.
Por supuesto que sí. Controlar el motor de inducción desde el lado del estator es algo muy normal. Esto significa que modificamos la potencia que entra en el estator. Así es como ajustamos la velocidad. Estos métodos como cambiar el voltaje o la frecuencia son muy populares. Esto se debe a que no es necesario hacer cambios en el propio motor de inducción.
Hay tres formas principales de hacerlo:
Cada método de control de velocidad tiene sus ventajas y sus inconvenientes. Analizaremos cada uno de ellos. Esto nos ayudará a ver cómo funciona para el motor de inducción. Este tipo de control de velocidad desde el circuito del estator se utiliza en muchos lugares.
Una forma de controlar la velocidad de un motor de inducción es cambiar la tensión de alimentación. Puedes utilizar un dispositivo como un transformador para hacer que la tensión que llega al motor también sea más baja. Cuando la tensión aplicada al estator baja, el par producido por el motor de inducción baja mucho. El par está relacionado con la tensión multiplicada por sí misma. Esto significa que una pequeña caída de la tensión provocará una caída muy grande del par.
Este método de control de velocidad es fácil de realizar, pero no es la mejor opción para muchas tareas. Cuando el par disminuye, el motor de inducción se ralentiza. Pero, el deslizamiento aumenta, lo que significa que se pierde más energía en forma de calor dentro del rotor. Esto hace que el motor de inducción desperdicie más potencia, y podría calentarse demasiado. Esta técnica de control de velocidad se utiliza a veces para motores pequeños que hacen funcionar ventiladores o bombas. En estos casos, el par de carga disminuye cuando se reduce la velocidad. El factor de potencia también empeora a baja tensión.
¿Recuerdas la regla matemática de la velocidad síncrona? Demuestra que la velocidad depende del número de polos. El método de cambio de polos para controlar la velocidad se basa en esta idea. Algunos tipos especiales de motores de inducción se fabrican con un bobinado de estator que puede cablearse de otra manera. Esto se hace para obtener un número diferente de polos. Por ejemplo, se puede cambiar un motor de 4 a 8 polos.
Al cambiar el número de polos, se produce un gran salto en la velocidad. Un motor de inducción de 4 polos con una fuente de alimentación de 60 Hz tiene una velocidad síncrona de 1800 RPM. Si lo cambias a 8 polos, la velocidad sincrónica bajará a 900 RPM. Este método proporciona diferentes velocidades. Pero no permite un control suave de la velocidad. Sólo puede elegir entre dos, o tal vez tres, velocidades establecidas. Esto es útil para cosas como ventiladores de dos velocidades o ciertas máquinas herramienta. Sin embargo, la gama de control de velocidad es pequeña. Es una forma sencilla y eficaz de conseguir un cambio de velocidad escalonado.
Este es el mejor y más común método de control de velocidad para un motor de inducción trifásico utilizado hoy en día. Se conoce como control de tensión variable y frecuencia variable (V/VVF) o de tensión a frecuencia (V/f). La idea es fácil de entender. Si cambia la frecuencia de la alimentación, cambiará la velocidad síncrona del motor de inducción. Si la velocidad aumenta, es porque se ha elevado la frecuencia. Si la velocidad disminuye, se debe a una disminución de la frecuencia.
Para que funcione bien, también hay que modificar la tensión al mismo tiempo que la frecuencia. El par de un motor de inducción depende del campo magnético (mmf) del estator. Para mantener este campo y el par al mismo nivel, la relación entre tensión y frecuencia (V/f) debe ser la misma. Para ello utilizamos una herramienta especial llamada variador o inversor. El inversor toma la corriente alterna normal y la convierte en corriente continua. A continuación, utiliza un proceso llamado modulación para volver a convertir la corriente continua en alterna. Esta nueva corriente alterna puede tener el voltaje y la frecuencia variable que queramos. Esto nos proporciona un control de velocidad muy suave en una amplia gama de velocidades. Es el método de control de velocidad que menos energía desperdicia.
| Característica | Control de tensión | Cambio de polos | Control V/F | Control de la resistencia del rotor |
|---|---|---|---|---|
| Tipo de motor | Cualquier motor de jaula de ardilla | Motor especial de cambio de polos | Cualquier motor de jaula de ardilla | Motores de inducción de rotor bobinado |
| Velocidad | Pequeño | Por pasos (2-3 velocidades) | Muy grande | Grande, pero derrocha energía |
| Uso de la energía | Pérdida de potencia escasa y elevada | Alta | Muy alta | Pérdida de potencia escasa y elevada |
| Suavidad | Suave | No es suave | Muy suave | Suave |
| Complejidad | Simple | Motor sencillo, interruptor sencillo | Electrónica compleja (VFD) | Simple (reóstato) |
Sí, pero esto sólo funciona con un tipo especial de motor de inducción. La mayoría de los motores de inducción son de jaula de ardilla. En estos motores, las barras del rotor están fijas. En estos motores, el control de velocidad no es posible desde el lado del rotor. Pero existe otro tipo de motor denominado motor de inducción de rotor bobinado o de anillo colector. Este motor principal tiene bobinas de alambre en su rotor, al igual que el estator.
Estas bobinas en el rotor están unidas a tres anillos colectores en el eje del motor. Las escobillas hacen contacto con estos anillos. Esto nos permite añadir una resistencia externa al circuito del rotor. Haciendo cambios en el circuito del rotor, podemos cambiar la velocidad y el comportamiento del par de este motor de inducción. Esto nos da todo un nuevo conjunto de técnicas de control de velocidad.
Para un motor de inducción de rotor bobinado, la forma más sencilla de controlar la velocidad en el lado del rotor es añadiendo resistencia al rotor. Conectamos un reóstato (que es una resistencia que se puede cambiar) a los anillos rozantes del rotor. Cuando añadimos una resistencia externa al circuito del rotor, el motor actúa de forma diferente. La resistencia añadida aumenta el deslizamiento del motor para cualquier par dado.
Cuando aumenta el deslizamiento, disminuye la velocidad del rotor. Así, con sólo girar el dial del reóstato, podemos obtener una amplia gama de control de velocidad. Este método de control de velocidad es bueno para trabajos que necesitan un par de arranque muy alto. Algunos ejemplos son grúas, polipastos y trenes de laminación. La parte mala es una pérdida de potencia muy grande. Toda la resistencia adicional en el circuito del rotor transforma la energía eléctrica en calor. Es como intentar conducir un coche pisando los frenos. Funciona, pero gasta mucha energía. La corriente de arranque puede gestionarse bien con este método.
El control en cascada es un método más complicado de control de la velocidad que también funciona desde el lado del rotor. Es una forma inteligente de dejar de desperdiciar toda la potencia de deslizamiento en forma de calor, que es lo que ocurre con el control de la resistencia del rotor. En esta disposición, se utilizan dos motores conectados entre sí. El motor principal es un motor de inducción de rotor bobinado.
La potencia procedente del circuito del rotor del motor principal no se envía a un reóstato. En su lugar, esa potencia se utiliza para hacer funcionar un segundo motor, denominado motor auxiliar. Este motor auxiliar ayuda a girar el eje principal. Cambiando la configuración del motor auxiliar, podemos controlar la frecuencia de deslizamiento y la emf del rotor en el motor principal. Esto cambia su velocidad. Hay varias formas de conectar los motores. Esto puede darte cuatro opciones diferentes de velocidad constante. Este sistema desperdicia menos energía que el control de la resistencia del rotor, pero también es más costoso y complicado. Hoy en día, los variadores V/F que utilizan un convertidor y un inversor suelen ser una mejor opción para la velocidad de los motores de inducción.
He aquí un rápido repaso de lo que hemos aprendido sobre el control de velocidad de un motor trifásico de inducción:
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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