Métodos de control de velocidad en motores AC

11 Marzo 2010

 

Las características del motor de inducción AC se estudiaron anteriormente, en la cual se llegó a la conclusión que debido a la construcción del motor, es imposible controlar independientemente las corrientes que producen el torque y flujo magnético (ver ecuación 1-7).

Por lo tanto, las prestaciones de control del motor de inducción AC eran muy pobres comparados con el logrado por el motor DC.

 

Gracias al desarrollo de nuevos tipos de dispositivos de control de potencia, tal como el Transistor Bipolar de Compuerta Aislada (IGBT) y las cada vez más potentes herramientas de cálculo usadas con los microcontroladores, en la actualidad tenemos variadores de velocidad que logran prestaciones de control iguales al de los motores. A continuación veremos algunos de los métodos que inicialmente se trataron de usar para conseguir mejores prestaciones del motor AC. Observaran que los resultados son muy pobres razón por las cuales no tienen mucha aplicación.

 

Luego tendremos una breve explicación de los modernos conceptos que se aplican para conseguir ciertas prestaciones de acuerdo con el tipo de proceso a controlar.

 

 

CONTROL POR VARIACIÓN DE VOLTAJE

 

La figura 3-1 muestra como resultado la característica torque vs velocidad de un motor de inducción cuando la tensión aplicada a su armadura es variable, manteniendo la frecuencia constante.

 

 

De esta figura queda claro que cuando la tensión de alimentación disminuye, el torque también disminuye, lo cual no es aceptable si se desea controlar velocidad del motor. De la ecuación (1-7) se observa que tanto IM como I2 , son directamente proporcionales a la tensión de alimentación. Como en este tipo de control el torque varía aproximadamente con el cuadrado de la tensión de armadura, para V<Vnom. Entonces para V> Vnom puede ocurrir saturación del núcleo magnético.

 

En general el control de tensión de la alimentación no es recomendado para aplicaciones prácticas.

 

 

CONTROL POR VARIACIÓN DE FRECUENCIA.

 

La figura 3-2 muestra la característica torque vs. velocidad de un motor de inducción para varias frecuencias de alimentación y tensión constante.

 

El aumento en la frecuencia de alimentación, asumiendo tensión constante, hace que la corriente de magnetización IM disminuya en proporción inversa, haciendo disminuir el torque generado.

 

Por otro lado, una disminución de la frecuencia no hace aumentar mucho el torque, luego que IM aumenta demasiado y entra en la región de saturación.

 

 

 

El control de frecuencia de alimentación sólo tiene aplicación práctica, cuando se desea operar con el campo atenuado y encima de la velocidad base (nominal).

 

 

CONTROL VARIACIÓN DE LA RESISTENCIA DEL ROTOR.

 

La figura 3-3 muestra la característica torque vs. velocidad de un motor de inducción, para varias resistencias de rotor.

 

 

 

Observe en esta figura que el valor máximo del torque se mantiene en el rango de r2n < r2 < r2c (r2n:resistencia nominal y r2c : resistencia crítica). En realidad  r2  podría ser menor que r2n , sin embargo en este caso puede ocurrir sobre corriente excesiva para el arranque de la máquina.

 

Por las características mostradas en la figura 3-3 se puede notar que este tipo de control puede tener aplicaciones prácticas. El problema es que para tener acceso al rotor y poder variar la resistencia r2 , es necesario que el mismo sea del tipo bobinado y existan anillos deslizantes lo cual lo hace de mayor tamaño, costoso y de mantenimiento excesivo.

 

 

CONTROL DE VELOCIDAD TIPO V/F CONSTANTE.

 

De los tres métodos de control vistos, solamente el último es viable cuando se desea torque máximo en todo el rango de variación de velocidad. Sin embargo para motores con rotor del tipo jaula de ardilla este control no puede ser aplicado.

 

Comparando la expresión del torque dado en la ecuación (1-7) con la del motor DC (ecuación 1-3) notamos que IM corresponde a la corriente Ip (campo), mientras que I2 corresponde a la corriente de armadura Ia. Por otro lado, se tiene que:

 

 

o en el caso de los valores nominales

 

 

 

donde se tiene que:

 

 

es una relación, cuyo valor debe ser igual al flujo magnético máximo en la máquina, multiplicado por una constante.

 

Para tener el control del torque constante la tensión y la frecuencia deben ser variables, justo lo necesario para que flujo magnético sea controlado y mantenido a su valor máximo. Esto puede ser conseguido si la tensión y frecuencia varían de tal forma que:

 

 

 

Haciendo este tipo de control, las características torque vs. velocidad de un motor de inducción queda como se muestra en la figura 3-4. Con esto, por lo menos para el régimen permanente, el motor de inducción pasa a tener características de operación similar al de un motor DC.

 

 

José Carlos Villajulca

Soy un apasionado ingeniero especializado en Control, Automatizacion e Instrumentación Industrial. Con mas 8 años de experiencia desarrollando proyectos y manteniendo sistemas de control en diversas plantas industriales. Soy director y webmaster de InstrumentacionyControl.NET y de MyAutomationClass.com. Cualquier consulta o comentario lo puedes hacer en la parte de abajo y escribiendo a mi email.

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