Control de velocidad del motor de inducción trifásico

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

Velocidad sincrónica

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

La velocidad del motor de inducción viene dada por,

Dónde,
N es la velocidad del rotor de un motor de inducción,
Ns es la velocidad sincrónica,
S es el deslizamiento.
El par producido por el motor de inducción trifásico está dado por,

Cuando el rotor está en el deslizamiento de parada, s es uno.
Así que la ecuación de la torsión es,

Dónde,
E2 es el rotor emf
Ns es la velocidad sincrónica
R2 es el rotor resistencia
X2 es la reactancia inductiva del rotor

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

• Control de V / f o control de frecuencia.
• Cambiando el número de polos del estator.
• Controlando el voltaje de suministro.
• Añadiendo reóstato en el circuito del estator.

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

• Añadiendo resistencia externa en el lado del rotor.
• Método de control en cascada.
• Inyectando frecuencia de deslizamiento emf en el lado del rotor.

Control de velocidad desde el lado del estator

• • V / f Control o control de frecuencia

    Siempre que se da suministro trifásico a un motor de inducción trifásico el campo magnético rotativo se produce que gira a una velocidad sincrónica dada por
    
    En la inducción trifásica el motor emf es inducido por una inducción similar a la de transformador que está 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, la velocidad sincrónica cambia pero con la disminución del flujo de frecuencia aumentará y este cambio en el valor de flujo causa la saturación de los núcleos del rotor y del estator, lo que causará un aumento de la corriente en vacío del motor. Por lo tanto, es importante mantener el flujo, constante y sólo es posible si cambiamos voltaje…es decir, si disminuimos el flujo de frecuencia aumenta pero al mismo tiempo si disminuimos el flujo de voltaje también desaparece sin causar ningún cambio en el flujo y por lo tanto permanece constante. Así que, aquí estamos manteniendo la proporción de V/f como constante. De ahí que su nombre sea el método V/f. Para controlar la velocidad del motor de inducción trifásico por el método V/f tenemos que suministrar un voltaje y una frecuencia variables que se obtienen fácilmente usando un convertidor y inversor …y el juego.

  • Control de la tensión de suministro

    El par producido por el funcionamiento del motor de inducción trifásico viene dado por
    
    En la región de bajo deslizamiento (sX)2 es muy, muy pequeño en comparación con R2. Por lo tanto, puede ser descuidado. Así que la torsión se convierte
    
    Desde la resistencia del rotor, R2 es constante, por lo que la ecuación del par se reduce aún más a
    
    Sabemos que el rotor inducido por la EMF E2 V. Entonces, T sV2.
    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 sólo es posible si aumentamos el deslizamiento y si éste aumenta el motor funcionará a una velocidad reducida. Este método de control de velocidad se utiliza raramente porque un pequeño cambio de velocidad requiere una gran reducción de voltaje, y por lo tanto el actual arrastrados por los aumentos motores, que causan el sobrecalentamiento de la motor de inducción.

  • Cambiando el número de polos del estator:

    Los polos del estator pueden ser cambiados por dos métodos

  • Método de bobinado de estator múltiple.

  • Método de modulación de amplitud de polos (PAM)

  • Método de devanado de estator múltiple

    En este método de control de la velocidad del motor de inducción trifásico, proporcionamos dos bobinas separadas en el estator. Estos dos bobinados del estator están eléctricamente aislados el uno del otro y están enrollados para dos números diferentes de polos. Utilizando un sistema de conmutación, a la vez, el suministro se da a una sola bobina y por lo tanto el control de la velocidad es posible. Las desventajas de este método son que el control de la velocidad no es posible. Este método es más costoso y menos eficiente ya que se requieren dos bobinas de estator diferentes. Este método de control de la velocidad sólo puede aplicarse a motor de jaula de ardilla.

  • Método de modulación de amplitud de polos (PAM)

    En este método de control de la velocidad del motor de inducción trifásico, la onda sinusoidal mmf original es modulada por otra onda sinusoidal mmf que tiene un número diferente de polos.

Deja que… 1() sea la onda original mmf del motor de inducción cuya velocidad debe ser controlada.
f2() sea la onda de modulación mmf.
P1 sea el número de polos del motor de inducción cuya velocidad debe ser controlada.
P2 sea el número de polos de la onda de modulación.

Después de la modulación de la onda mmf resultante

Así que tenemos, la onda mmf resultante

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

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

• Añadiendo reóstato en el circuito del estator

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

Control de velocidad desde el lado del rotor

• Añadiendo resistencia externa en el lado del rotor

  En este método de control de la velocidad del motor de inducción trifásico se añaden resistencias externas en el lado del rotor. La ecuación de par para el motor de inducción trifásico es
  
  El motor de inducción trifásico funciona en una región de bajo deslizamiento. En el término de la región de bajo deslizamiento (sX)2 se vuelve muy, muy pequeño en comparación con R2. Por lo tanto, puede ser descuidado. y también E2 es constante. Así que la ecuación de la torsión después de la simplificación se convierte,
  
  Ahora bien, si aumentamos la resistencia del rotor, R2 el par de torsión disminuye pero para suministrar la misma carga el par debe permanecer constante. Por lo tanto, aumentamos el deslizamiento, lo que resultará en la disminución de la velocidad del rotor. Así, añadiendo 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 la adición de una resistencia externa el par de arranque aumenta, pero este método de control de la velocidad del motor de inducción trifásico también sufre 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 añade ese gran valor de resistencia en el circuito, causará una gran pérdida de cobre y, por lo tanto, una reducción de la eficiencia.
  • La presencia de resistencia causa más pérdidas.
  • Este método no puede ser usado para el motor de inducción de la jaula de ardilla.

• Método de control de cascada

  En este método de control de la velocidad del motor de inducción trifásico, los dos motores de inducción trifásicos están conectados en un eje común y por lo tanto se llama motor en cascada. Un motor es el llamado motor principal, y otro motor es el llamado motor auxiliar. El suministro trifásico se da al estator del motor principal mientras que el motor auxiliar se deriva a una frecuencia de deslizamiento del anillo de deslizamiento del motor principal.
  Deja que NS1 …sea la velocidad sincrónica del motor principal.
  NS2 …sea la velocidad sincrónica del motor auxiliar.
  P1 …sea el número de polos del motor principal.
  P2 sea el número de polos del motor auxiliar.
  F es la frecuencia de suministro.
  F1 es la frecuencia de la EMF inducida por el rotor del motor principal.
  N es la velocidad del conjunto, y sigue siendo la misma tanto para el motor principal como para el auxiliar ya que ambos motores están montados en el eje común.
  S1 es el deslizamiento del motor principal.
  
  El motor auxiliar se alimenta con la misma frecuencia que el motor principal, es decir
  
  Ahora pon el valor de
  
  Ahora, sin carga, la velocidad del rotor auxiliar es casi igual a su velocidad sincrónica, es decir, N = NS2
  
  Ahora reordena la ecuación anterior y averigua el valor de N, obtenemos,
  
  Este conjunto de dos motores en cascada funcionará ahora a una nueva velocidad con un número de polos (P1 + P2). En el método anterior, el par producido por el motor principal y el auxiliar actuarán en la misma dirección, dando como resultado un número de polos (P1 + P2). Este tipo de cascada se denomina cascada acumulativa. Hay otro tipo 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; la velocidad resultante corresponde al número de polos (P1 P2).
  En este método de control de la velocidad del motor de inducción trifásico, se pueden obtener cuatro velocidades diferentes

  • Cuando sólo funciona el motor de inducción principal, tener velocidad corresponde a .
  • Cuando sólo funciona el motor de inducción auxiliar, tener velocidad corresponde a .
  • Cuando se hace la cascada acumulativa, entonces el conjunto completo funciona a una velocidad de .
  • Cuando se hace la cascada diferencial, entonces el conjunto completo funciona a una velocidad de .

• Inyectando EMF de frecuencia de deslizamiento en el lado del rotor

  Cuando el control de la velocidad del motor de inducción trifásico se hace añadiendo resistencia en el circuito del rotor, alguna parte de la potencia llamada, la potencia de deslizamiento se pierde como I2Pérdidas de R. Por lo tanto, la eficiencia del motor de inducción trifásico se reduce por este método de control de velocidad. Esta pérdida de energía de deslizamiento puede ser recuperada y suministrada de nuevo para mejorar la eficiencia general del motor de inducción trifásico, y este esquema de recuperación de la energía se llama esquema de recuperación de energía de deslizamiento y esto se hace conectando una fuente externa de EMF de frecuencia de deslizamiento al circuito del rotor. El EMF inyectado puede oponerse al EMF inducido por el rotor o ayudar al EMF inducido por el rotor. Si se opone a la EMF inducida por el rotor, la resistencia total del rotor aumenta y por lo tanto la velocidad se reduce y si la EMF inyectada ayuda a la EMF del rotor principal, el total disminuye y por lo tanto la velocidad aumenta. Por lo tanto, inyectando emf inducida en el circuito del rotor, la velocidad puede ser fácilmente controlada. La principal ventaja de este tipo de control de la velocidad del motor de inducción trifásico es que es posible un amplio rango de control de la velocidad, ya sea por encima o por debajo de la velocidad normal.