Control de velocidad
Es el proceso por el cual una máquina va a desempeñar un trabajo a una rata constante. Este estado no es transitorio sino permanente y se debe conocer coma varía la corriente y la velocidad cuando se cambian los diferentes parámetros como el torque de carga, tensión de alimentación, frecuencia, velocidad. La forma más efectiva de variar la velocidad de una máquina de inducción es por medio de su frecuencia o el numero de polos ya que la velocidad se puede expresar como:
Sin embargo en este post se tratarán los siguientes métodos de control de velocidad:
- Variación por tensión de alimentación.
- Variación por resistencia en serie con el estator.
- Variación por resistencia en serie con el rotor.
- Variación por ley Frecuencia/tensión.
Consiste en ir variando la tensión de alimentación y mantener fijo la frecuencia de funcionamiento. Este método es tal vez el más costoso e impráctico porque para variar la velocidad se necesita un autotransformador variable o uno con varios tomas centrales. La variación de velocidad es de solo unas pocas revoluciones por minuto. Un efecto secundario es que al reducir la tensión de alimentación se reduce en el cuadrado el torque que la máquina puede desarrollar. Recordemos que el torque viene expresado como
El circuito de potencia consiste en tener una fuente de alimentación con la tensión variable, un contactor principal que energiza el motor y una máquina de inducción jaula de ardilla.
El circuito de control es muy sencillo porque somo se necesita la bobina del contactor 1M, un pulsador para encender y un pulsador para parar.
La variación de velocidad se puede ver en la siguiente figura
Cuando se tiene un torque de carga igual a cero la velocidad de funcionamiento cae desde 374 rad/seg hasta 362, y cuando se tiene el torque máximo se cae desde 366 rad/seg a 334 rad/seg, es decir que solo podemos variar la velocidad en 40 rad/seg o en 382 rpm.
El método consiste en conectar tres resistencias en serie con cada una de las fase del estator y variar su valor. Este método desde el punto de vista de operación es el más costoso porque las pérdidas de potencia que se originan en las resistencias son altas y a mediad que se aumente la carga estas pérdidas aumentan.
El circuito de potencia consisten en tener un contactor principal 1M que energiza la máquina, tres resistencias en serie con el estator y una máquina de inducción jaula de ardilla.
El circuito de control consiste en una bobina del contactor 1M que se activa por medio de 1PB y se desactiva por medio de 2PB.
Este método de regulación de velocidad solo permite variar la velocidad en 60 rad/seg (572 rpm) que es un poco más amplio que la regulación por velocidad por tensión de alimentación. Este método se usaba en sistemas que necesitan ventiladores o sistemas que sean dependientes de la velocidad para funcionar. Una aplicación bastante común son los ventiladores de bajo costo que usamos en nuestras casas, estos cambian la velocidad a medida que aumentamos la resistencia en serie con la armadura.
Este método solo se le puede practicar a motores que tengan el rotor devanado y consiste en ir aumentando la resistencia en serie con el rotor para disminuir la velocidad de giro. La regulación de velocidad conseguida es la más amplia de los dos métodos vistos, pero los motores de rotor devanado no se una con frecuencia en la industria porque su mantenimiento resulta costoso.
El circuito de potencia consiste en un contactor principal 1M, una máquina de rotor devanado, y tres resistencias en serie con cada fase del rotor.
El circuito de control consiste en una bobina del contactor 1M que se activa por medio de 1PB y se desactiva por medio de 2PB.
La máxima variación de velocidad es de 115 rad/se o de 2013 rpm que resulta en una regulación de velocidad. adicionalmente la caída de velocidad es prácticamente lineal lo que mejoraría las prestaciones en una aplicación práctica.
Como se dijo al principio este método es el más común hoy en día y es el que tiene una regulación de velocidad más amplio, ya que permite variar la velocidad de unas pocas revoluciones hasta una velocidad superior a la dada por los 60 Hz, puesto que se puede alimentar el motor con una frecuencia superior a la que el viene diseñada.
Desafortunadamente, para que el motor no entre en un fenómeno llamado saturación magnética se debe ir disminuyendo la tensión de alimentación a medida que se va reduciendo la frecuencia.
El fenómeno de saturación magnética se puede explicar si se tiene la reactancia de magnetización. Los valores en ohmios de toda reactancia dependen de la frecuencia de funcionamiento del sistema, si la reactancia de magnetización se alimenta a 60 Hz, su valor es alto, pero si se alimenta con una frecuencia de 10 Hz su valor es de casi 1/6. Si se mantiene la tensión de alimentación en 208V y la máquina opera en 60 Hz, la corriente de magnetización es baja, porque el valor de la reactancia es alta. Si se reduce la frecuencia de funcionamiento a 10 Hz, el valor de la reactancia disminuye a 1/6 pero la corriente de magnetización aumenta 6 veces. Pero el diseño magnético no responde en estas proporciones porque se satura y las corrientes de magnetización serán mayor de 6 veces.
Otro fenómeno que resulta de la ley frecuencia/tensión es que el torque de la maquina va disminuyendo con el cuadrado de la tensión de alimentación, lo que reduce el torque máximo que la máquina puede desarrollar. Esto no es cierto cuando se aumenta la frecuencia de funcionamiento más halla de los 60 Hz porque acá lo importante es que la rigidez dieléctrica del aislante se mantenga, por tal motivo no se debe aumentar la tensión de funcionamiento más arriba de la de diseño original.
El circuito de potencia consiste en una fuente de alimentación de tensión y frecuencia fijas, un variador de velocidad que internamente varíe la frecuencia y la tensión de alimentación, por ende el variador de velocidad es un equipo electrónico con base en transistores, un relé auxiliar que energiza el variador y un motor de jaula de ardilla.
El circuito de control consiste en energizar un relé auxiliar por medio de 1PB y desnergizarlo por medio de 2PB. En este caso se tiene un relé auxiliar porque la corriente que necesita el variador en el parte de control es muy pequeña.
En la gráfica se puede observar que la velocidad puede variar desde 50 rad/seg hasta más de 419 rad/seg, es decir la velocidad puede cambiar desde 0 hasta 4001 rpm. La velocidad máxima que puede desarrollar la máquina viene establecida por los rodamientos, por tal motivo hay que consultar a su fabricante
A medida que se le va colocando carga la velocidad del rotor va disminuyendo como es natural.
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