▷ Control de velocidad del motor de inducción trifásico

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Ultima edición el 16 septiembre, 2021 por JORGE CABRERA BERRÍOS

Un motor de inducción trifásico es básicamente un motor de velocidad constante, por lo que es algo difícil controlar su velocidad. El control de velocidad del motor de inducción se realiza a costa de una disminución de la eficiencia y un factor de potencia eléctrica bajo . Antes de discutir los métodos para controlar la velocidad del motor de inducción trifásico, se deben conocer las fórmulas básicas de velocidad y par del motor de inducción trifásico, ya que los métodos de control de velocidad dependen de estas fórmulas.

Indice de contenidos

Velocidad sincrónica
Control de velocidad desde el lado del estator
Control de velocidad desde el lado del rotor

Velocidad sincrónica

Donde, f = frecuencia y P es el número de polos

La velocidad del motor de inducción viene dada por,

Donde,
N es la velocidad del rotor de un motor de inducción,
N _s es la velocidad síncrona,
S es el deslizamiento.
El par producido por el motor de inducción trifásico está dado por,

Cuando el rotor está parado, s es uno.
Entonces, la ecuación de par es,

donde,
E ₂ es la fem del rotor
N _s es la velocidad síncrona
R ₂ es la resistencia del rotor
X ₂ es la reactancia inductiva del rotor

La velocidad del motor de inducción se cambia tanto del lado del estator como del lado del rotor. El control de velocidad del motor de inducción trifásico desde el lado del estator se clasifica además como:

Control V / f control de frecuencia.
Cambio del número de polos del estator.
Controlar la tensión de alimentación.

Añadiendo reóstato en el circuito del estator.

Los controles de velocidad del motor de inducción trifásico desde el lado del rotor se clasifican además como:

Añadiendo resistencia externa en el lado del rotor.

Método de control en cascada.
Inyección de la fem de frecuencia de deslizamiento en el lado del rotor.

Control de velocidad desde el lado del estator

- Control V / f o Control de frecuencia
  
  Siempre que se proporciona alimentación trifásica al motor de inducción trifásico, se produce un campo magnético giratorio que gira a la velocidad síncrona dada por
  
  En el motor de inducción trifásico, la fem es inducida por inducción similar a la del transformador que viene dada por
  
  Donde, K es la constante del devanado, T es el número de vueltas por fase y f es la frecuencia. Ahora bien, si cambiamos la frecuencia, los cambios de velocidad sincrónicos, pero con una disminución en la frecuencia, el flujo aumentará y este cambio en el valor del flujo causa la saturación de los núcleos del rotor y del estator, lo que aumentará aún más la corriente sin carga del motor. Entonces, es importante mantener el flujo, φ constante y solo es posible si cambiamos el voltaje. es decir, si disminuimos el flujo de frecuencia aumenta pero al mismo tiempo si disminuimos el flujo de voltaje también disminuirá sin causar ningún cambio en el flujo y por lo tanto permanece constante. Entonces, aquí mantenemos la relación de V / f constante. De ahí que su nombre sea método V / f. Para controlar la velocidad del motor de inducción trifásico por el método V / f, tenemos que suministrar voltaje y frecuencia variables que se obtienen fácilmente mediante el uso de un convertidor e inversor .
- Control de la tensión de alimentación
  
  El par producido mediante la ejecución de motor de inducción trifásico está dada por
  
  En la región de deslizamiento bajo (SX) ² es muy pequeño en comparación con R ₂ . Entonces, se puede descuidar. Entonces, el par se convierte en
  
  Dado que la resistencia del rotor, R ₂ es constante, por lo que la ecuación del par se reduce aún más a
  
  Sabemos que el rotor indujo la fem E ₂ ∝ V. Entonces, T ∝ sV ² .
  La ecuación anterior aclara que si disminuimos el voltaje de suministro, el par también disminuirá. Pero para suministrar la misma carga, el par debe permanecer igual, y solo es posible si aumentamos el deslizamiento y si el deslizamiento aumenta el motor funcionará a velocidad reducida. Este método de control de velocidad rara vez se usa porque un pequeño cambio de velocidad requiere una gran reducción de voltaje y, por lo tanto, la corriente consumida por el motor aumenta, lo que provoca el sobrecalentamiento del motor de inducción .
- Cambio del número de polos del estator:
  
  Los polos del estator se pueden cambiar mediante dos métodos
- Método de devanado de estator múltiple.
- Método de modulación de amplitud de polo (PAM)
- Método de bobinado de estator múltiple
  
  En este método de control de velocidad del motor de inducción trifásico, proporcionamos dos devanados separados en el estator. Estos dos devanados del estator están aislados eléctricamente entre sí y están enrollados para dos números diferentes de polos. Usando una disposición de conmutación, a la vez, se suministra alimentación a un solo devanado y, por lo tanto, es posible el control de velocidad. Las desventajas de este método son que no es posible un control suave de la velocidad. Este método es más costoso y menos eficiente ya que se requieren dos devanados de estator diferentes. Este método de control de velocidad solo se puede aplicar al motor de jaula de ardilla .
- Método de modulación de amplitud de polo (PAM)
  
  En este método de control de velocidad del motor de inducción trifásico, la onda mmf sinusoidal original es modulada por otra onda mmf sinusoidal que tiene un número diferente de polos.

Sea f ₁ (θ) la onda mmf original del motor de inducción cuya velocidad se va a controlar.
f ₂ (θ) sea la onda de modulación mmf.
P ₁ es el número de polos del motor de inducción cuya velocidad se va a controlar.
P ₂ es el número de polos de la onda de modulación.

Después de la modulación de la onda mmf resultante

, obtenemos la onda mmf resultante.

Por lo tanto, la onda mmf resultante tendrá dos números diferentes de polos.

Por lo tanto, al cambiar el número de polos, podemos cambiar fácilmente la velocidad del motor de inducción trifásico.

Adición de reóstato en el circuito del estator

En este método de control de velocidad del motor de inducción trifásico, el reóstato se agrega en el circuito del estator debido a que este voltaje cae. En el caso de un motor de inducción trifásico, el par producido está dado por T ∝ sV ₂² . Si disminuimos la tensión de alimentación, el par también disminuirá. Pero para suministrar la misma carga, el par debe permanecer igual y solo es posible si aumentamos el deslizamiento y si aumentamos el deslizamiento el motor funcionará a velocidad reducida.

Control de velocidad desde el lado del rotor

Agregar resistencia externa en el lado del rotor

En este método de control de velocidad del motor de inducción trifásico, la resistencia externa se agrega en el lado del rotor. La ecuación de par para un motor de inducción trifásico es

El motor de inducción trifásico funciona en una región de bajo deslizamiento. En la región de bajo deslizamiento, el término (sX) ^{2 se} vuelve muy muy pequeño en comparación con R ₂ . Entonces, se puede descuidar. y también E ₂ es constante. Entonces, la ecuación de par después de la simplificación se convierte en,

Ahora , si aumentamos la resistencia del rotor, R ₂el par disminuye, pero para suministrar la misma carga, el par debe permanecer constante. Entonces, aumentamos el deslizamiento, lo que resultará en una disminución en la velocidad del rotor. Por lo tanto, al agregar resistencia adicional en el circuito del rotor, podemos disminuir la velocidad del motor de inducción trifásico. La principal ventaja de este método es que con una adición de resistencia externa, el par de arranque aumenta, pero este método de control de velocidad del motor de inducción trifásico también adolece de algunas desventajas:
- La velocidad por encima del valor normal no es posible.
- Un gran cambio de velocidad requiere un gran valor de resistencia, y si se agrega un valor de resistencia tan grande en el circuito, provocará una gran pérdida de cobre y, por lo tanto, una reducción de la eficiencia.
- La presencia de resistencia provoca más pérdidas.
- Este método no se puede utilizar para motores de inducción de jaula de ardilla.

Método de control en cascada

En este método de control de velocidad del motor de inducción trifásico, los dos motores de inducción trifásicos están conectados en un eje común y, por lo tanto, se denominan motor en cascada. Un motor se llama motor principal y otro motor se llama motor auxiliar. El suministro trifásico se suministra al estator del motor principal, mientras que el motor auxiliar se deriva a una frecuencia de deslizamiento del anillo deslizante del motor principal.
Sea N _S1 la velocidad síncrona del motor principal.
N _S2 es la velocidad síncrona del motor auxiliar.
P ₁ es el número de polos del motor principal.
P ₂ es el número de polos del motor auxiliar.
F es la frecuencia de suministro.
F ₁es la frecuencia de la fem inducida por el rotor del motor principal.
N es la velocidad de ajuste y sigue siendo la misma para el motor principal y auxiliar, ya que ambos motores están montados en el eje común.
S ₁ es el deslizamiento del motor principal.

El motor auxiliar se alimenta con la misma frecuencia que el motor principal, es decir,

ahora ponga el valor de

Ahora sin carga, la velocidad del rotor auxiliar es casi la misma que su velocidad síncrona, es decir, N = N _S2

Ahora reorganice la ecuación anterior y averigüe el valor de N, obtenemos,

Este conjunto en cascada de dos motores ahora funcionará a una nueva velocidad con un número de polos (P ₁ + P ₂). En el método anterior, el par producido por el motor principal y el auxiliar actuarán en la misma dirección, lo que dará como resultado el número de polos (P ₁ + P ₂ ). Este tipo de cascada se denomina cascada acumulativa. Hay un tipo más de cascada en el que el par producido por el motor principal está en dirección opuesta a la del motor auxiliar. Este tipo de cascada se denomina cascada diferencial; el resultado de la velocidad corresponde al número de polos (P ₁ – P ₂ ).
En este método de control de velocidad del motor de inducción trifásico, se pueden obtener cuatro velocidades diferentes
- Cuando solo funciona el motor de inducción principal, la velocidad corresponde a .
- Cuando solo funciona el motor de inducción auxiliar, la velocidad corresponde a .
- Cuando se realiza la cascada acumulativa, el conjunto completo se ejecuta a una velocidad de .
- Cuando se realiza la cascada diferencial, el conjunto completo funciona a una velocidad de .

Inyección de EMF de frecuencia de deslizamiento en el lado del rotor

Cuando el control de velocidad del motor de inducción trifásico se realiza agregando resistencia en el circuito del rotor, una parte de la potencia llamada, la potencia de deslizamiento se pierde cuando I ²R pérdidas. Por lo tanto, la eficiencia del motor de inducción trifásico se reduce mediante este método de control de velocidad. Esta pérdida de potencia de deslizamiento se puede recuperar y volver a suministrar para mejorar la eficiencia general del motor de inducción trifásico, y este esquema de recuperación de la potencia se llama esquema de recuperación de potencia de deslizamiento y esto se hace conectando una fuente externa de fem de frecuencia de deslizamiento al circuito del rotor. La fem inyectada puede oponerse a la fem inducida por el rotor o ayudar a la fem inducida por el rotor. Si se opone a la fem inducida por el rotor, la resistencia total del rotor aumenta y, por lo tanto, la velocidad disminuye y si la fem inyectada ayuda a la fem del rotor principal, el total disminuye y, por lo tanto, la velocidad aumenta. Por lo tanto, inyectando fem inducida en el circuito del rotor, la velocidad se puede controlar fácilmente.