Métodos de control de velocidad en motores AC

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.

Soy un apasionado Ingeniero Electrónico con especialización en Automatización, Control e Instrumentacion Industrial. Me encanta aprender cada dia, y sobre todo compartir mis conocimientos con el resto del mundo.

5 Replies to “Métodos de control de velocidad en motores AC

  1. pensé que era el único que buscaba esta ecuación……bueno..gracias
    estoy buscando info para controles de velocidad de estas tecnologías para motores monofasicos…. también me apasiona la electrónica aunque no soy ingeniero el sector que mas a gusto disfruto es el de desarrollo y aplicaciones.
    Ahora..pues en esto de aplicaciones nos enfrentamos campos como la neumática, hidráulica, yyy en fin todas las áreas de la física…sin contar con las colaterales como ergonomia y …conclusión…a estudiar estos campos que enfrentamos.
    Luis Romero

  2. ingeniero buen día me surge una pregunta me podrías ayudar el problema es el siguiente necesito subir el volumen de producción en una linea en la cual no necesito disminuir los tiempos de transporte, actualmente tengo unos motores de 10 HP los cuales su corriente nominal es de 13.3A , son controlados con un VDF el cual opera a 60Hz, la corriente de trabajo actualmente esta en 6A, aumente la frecuencia a 70 Hz y la corriente subió 7.5A, hasta que punto puedo subir la frecuencia para seguir ganando velocidad en mi linea de producción sin afectar el activo. muchas gracias

  3. Ingeniero, ¿por que el máx. torque para diferentes frecuencias es constante tal como se vé en la ….fig torque -frecuencia ( 3-
    Si, el torque es directamente proporcional al cuadrado de la velocidad e in-
    versamete proporcional a la frecuencia de la corriente de linea.

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