CONTROL DE VELOCIDAD EN LAS MÁQUINAS DE INDUCCIÓN

La velocidad en los motores de inducción depende de la velocidad del campo magnético giratorio, y su expresión es la siguiente:

n motor   =  fs x 60 x (1 – S)
                                         p

donde:
fs = frecuencia del estator.
P = números de pares de polos de la máquina.
S = deslizamiento de la máquina.

De la ecuación podemos observar que es posible variar la velocidad del motor de tres formas:

a)      Cambiando el número de pares de polos (P)
b)       Cambiando el deslizamiento (S)
c)       Cambiando la frecuencia de la fuente de suministro (fs)

Lo anterior se puede expresar mediante un siguiente diagrama en bloques.

 

Variación del número de polos

La variación del campo magnético rotatorio, está determinado por el número de pares de polos del estator, por lo que si variamos estos se puede tener un control de velocidad.

Existen tres formas de  variar el número de polos:

a) Métodos de los polos consecuentes.

b) Estator con bobinado múltiple.

c) Modulación de la amplitud (PAM).

Cada uno de estos métodos se definirán a continuación:

 

Métodos de los polos consecuentes

Este método se basa en el hecho de que el número de polos de los bobinados del estator de un motor de inducción puede cambiarse fácilmente a un factor de 2:1 simplemente con cambios en la conexión de las bobinas. El cambio de velocidad se hace conmutando devanados de estator, de forma que cambie el nuevo número de pares de polos. 

En la configuración de dos polos, una bobina es polo norte y la otra polo sur. Cuando la conexión en una de las bobinas se invierte, ambas son de polos norte y el flujo magnético vuelve al estator, a puntos a mitad de camino entre las bobinas. Los polos sur se denominan Polos consecuentes y el bobinado es ahora de cuatro polos

 

Estator con bobinado múltiple

Esta fue empleada para superar la limitación que consiste en que la velocidad esté en la relación 2:1, por lo que se logró empleando bobinados múltiples en el estator con diferentes números de polos y energizar solamente un juego a la vez.

Lamentablemente este método aumenta el costo del motor por lo que se usa cuando es indispensable.

 

Modulación de la amplitud (PAM).

El esquema del PAM es una forma de lograr múltiples juegos de polos en un estator de bobinado sencillo, en donde el número de polos resultante puede estar en relación diferente de  2:1. Esto lo realiza aplicando a la distribución espacial  de las ondas de fuerza magnetomotriz en el estator de la máquina los principios de combinar dos sinusoides de frecuencia diferentes en un mezclador, donde la salida de energía resultante contiene componentes con frecuencias iguales a la suma y a la diferencia de las dos frecuencias de entrada original.


 Variación del deslizamiento

El control de velocidad del motor, por variación del deslizamiento, se puede hacer de dos maneras:

a) Cambiando el valor de tensión de la fuente de alimentación del estator.
b) Hacer Modificaciones al rotor.

 Variación de la tensión en los bornes del motor

Si una carga tiene una característica momento de torsión – velocidad, como la que se muestra en la figura, entonces la velocidad del motor puede controlarse sobre una franja limitada, variando el voltaje de línea.

Este método se usa en algunas oportunidades en motores pequeños para impulsar ventiladores.

        
Características de Torque - velocidad, para tensión y frecuencia nominal Control por tensión de estator en motor jaula

 

Variación de la resistencia del rotor

Es aplicable solo para las máquinas de rotor bobinado y consiste en agregar resistencias adicionales al circuito del rotor, luego la variación de velocidad se realiza por el incremento de las perdidas en el rotor, lo que aumenta el deslizamiento y reduce la velocidad del motor, cambiando en consecuencia las características de torque del motor.

Las desventajas de insertar resistencias adicionales al circuito del rotor en un motor de inducción, son la pobre regulación de velocidad y el bajo valor de rendimiento que se obtiene para deslizamientos altos.

Acoplamiento en cascada

Se logra conectando al circuito del rotor un acoplamiento en cascada con una máquina a.c. o un circuito rectificador controlado, vía anillos deslizantes, por lo cual también es aplicable solo para máquinas de rotor bobinado.

Variación de frecuencia

Una de las formas de variar la velocidad de los motores tipo jaula es modificando la frecuencia de la tensión de alimentación, lo que implica un cambio en la velocidad del campo giratorio (o velocidad sincrónica).       

Normalmente al variar la frecuencia se hace variar también la magnitud de la tensión de modo de mantener  la densidad de flujo aproximadamente constante. De esta manera el momento máximo desarrollado se mantiene   constante.

Donde:                  
   ( S1 < S2 )

Control de velocidad de frecuencia variable en un motor de inducción