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VARIACION DE VELOCIDAD EN MOTORES AC .

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Walter Laguna D

on 6 November 2015

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Transcript of VARIACION DE VELOCIDAD EN MOTORES AC .

Variacion de velocidad en motores AC
para modificar la velocidad de un eje se necesita también disponer del
torque aplicaciones por torque: dos grupos

1: cupla constante: aplicaciones que requieren cupla constante, en todo el rango de velocidad de operación.

2: la cupla cuadrática: la cupla sigue ley cuadrática,
empieza en cero hasta llegar a una cupla máxima a máxima velocidad. Gracias al desarrollo de tecnologias 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.


los motores de AC son los mas usados en la industria por ventajas sobre
motores
DC.

1. bajos costos.
2. menos fallas.
3. menos mantenimiento.
4.potencias mayores.

hasta antes de la llegada de los controladores de estado solido, los motores AC no eran los mas
indicados para operaciones que necesitacen variacion en la velocidad.

el rango normal de operacion de un motor AC esta por debajo de cinco porciento de deslizamiento
y la variacion de velocidad en ese rango es mas o menos directamente proporcional a la carga sobre el
eje del motor.

si S fuese mayor la eficiencia seguiria siendo pobre ya que
las perdidas en el cobre del esstator son directamente proporcionales al deslizamiento del motor.

hay dos tecnicas para variar la velocidad del motor
A
C:

1 variar la velocidad sincrona (velocidad de los campos magneticos del rotor y el estator).

2. variar el deslizamiento del motor para una carga dada.

1 variar la velocidad sincrona
La velocidad sincrona de un motor de induccion esta dada por :
nsinc= 120 fe/P:

donde : fe es frecuencia de linea y P el numero de polos..
Por ende la unica forma de variar la velocidad sincrona del maquina son:

1. cambiando la frecuencia electrica.
2. cambiando el numero de polos del motor.

tambien se puede llevar a cabo el control de deslizamiento bien sea vriando la resistencia del rotor,
o variando el voltaje en las terminales del motor.

Control de velocidad por cambio del número de polos.
Si la frecuencia es constante, la velocidad síncrona del campo magnético
giratorio excitado por el estator, semodificará por saltos y en razón inversa
al número de pares de polos, si el devanado estatórico por simples
cambios en las conexiones de las bobinas es capaz de modificar el
númerode polos del campo.




existen dosmetodos para variar la velocidad por variaion en los polos:

1. El método de polos consecuentes.

2. Devanados de estator múltiples.

Cuando el motor de dos polos se reconecta para operar con cuatro polos, el par máximo resultante del motor de inducción puede ser igual al de antes
(conexión de par constante),
la mitad de su valor anterior (conexión de par que sigue la ley de los cuadrados, utilizado para ventiladores, etc.)
o dos veces su valor previo (conexión de salida de potencia constante), dependiendo de cómo se reordenen los devanados del estator.
La mayor desventaja del método de polos consecuentes para cambiar la velocidad es que las velocidades deben estar
en relación de 2:1.
Para superar esta limitación, se emplearon estatores de devanados múltiples con diferente número de polos, de los cuales sólo se energizaba uno en cada oportunidad.

Por ejemplo, un motor podría ser devanado con grupos de cuatro y seis polos de devanados estatóricos y, en un sistema de 60 Hz, su velocidad sincrónica podría cambiarse de 1800 a 1200 r/min suministrando potencia al otro grupo de devanados. Por desgracia, los devanados estatóricos múltiples aumentan el costo del motor y por tanto se utilizan sólo cuando es absolutamente necesario.

Por consiguiente, si el motor se provee de dos devanados de estator con diferente número de polos, y el rotor fuera preferentemente del tipo jaula deardilla (para no tener que realizar ningún tipo de conexiones en el secundario), fácilmente se podrían obtener dos velocidades de sincronismo Ns, energizando un solo devanado ala vez
(técnica estator de dediferentes números de polos
, y enconsecuencia dos velocidades de sincronismo Ns mediante una simple reconexiónvanado múltiple). También, con un solo arrollamiento provisto de conexiones especiales pueden obtenerse dos diferentes números de polos, y enconsecuencia dos velocidades de
sincronismo Ns mediante una simple reconexión
esto es tecnica de
polos consecuentes.


Control de velocidad mediante el cambio de la frecuencia de la líne
a:

Si se cambia la frecuencia eléctrica aplicada al estator de un motor de inducción , la velocidad de rotación de sus campos magnéticos
nsinc
comcambiará en proporción directa al cambio de frecuencia eléctrica, y el punto de vacío sobre la curva característica par-velocidad cambiará con ella La velocidad sincrónica del motor en condiciones nominales se conoce como velocidad base. Utilizando control de frecuencia variable, es posible ajustar la velocidad del motor por encima o por debajo de la velocidad base.

Un controlador de frecuencia variable para motor de inducción, diseñado adecuadamente, puede ser muy flexible y puede controlar la velocidad de un motor de inducción sobre un rango de velocidad que va desde el tan pequeño de 5% de la velocidad base hasta cerca del doble de ésta. Sin embargo, es importante mantener ciertos límites de voltaje y par sobre el motor cuando varía la frecuencia para asegurar una operación confiable.

Cuando se opera a velocidades inferiores a la velocidad base del motor, es necesario reducir el voltaje aplicado a los terminales del estator para obtener una operación adecuada. El voltaje aplicado a los terminales del estator deberá disminuir linealmente con la disminución de la frecuencia en él. Este proceso se llama d
egradación (derating).
Si esto no se hace, se saturará el acero del núcleo del motor de inducción y fluirán corrientes de magnetización excesivas en la máquina.

Para entender la necesidad de reducción, recuérdese que un motor de inducción es básicamente un transformador rotante. Como con cualquier transformador, el flujo en el núcleo de un motor de inducción se puede encontrar aplicando
la ley de Faraday:

Control de velocidad mediante cambio del voltaje de línea:

El par desarrollado por un motor de inducción es proporcional al cuadrado del voltaje aplicado. Si una carga tiene una característica par-velocidad como la mostrada en la figura 7-43, la velocidad del motor puede ser controlada en un rango limitado, variando el voltaje de la línea. Este método de control de velocidad se utiliza a veces para manejar pequeños motores de ventilación.

Control de velocidad mediante cambio de la resistencia del rotor:

En los motores de inducción de rotor devanado es posible cambiar la forma de la curva par-velocidad insertando resistencias extras en el circuito del rotor de la máquina. Tal método de control de la velocidad se utiliza sólo durante periodos cortos debido a los problemas de eficiencia que conlleva.




Concepto de deslizamiento del rotor
El voltaje inducido en una barra del rotor de un motor de inducción depende de la velocidad del rotor con respecto a los campos magnéticos. Puesto que el comportamiento de un motor de inducción depende del voltaje y la corriente del rotor, con frecuencia es más lógico hablar de su velocidad relativa. En general se utilizan dos términos para definir el movimiento relativo entre el rotor y los campos magnéticos. Uno de ellos es la velocidad de deslizamiento, definida como la diferencia entre la velocidad sincrónica y la velocidad del rotor:
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.

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.
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.
El Variador de Velocidad (VSD, por sus siglas en inglés Variable Speed Drive) es en un sentido amplio un dispositivo o conjunto de dispositivos mecánicos, hidráulicos, eléctricos o electrónicos empleados para controlar la velocidad giratoria de maquinaria, especialmente de motores. También es conocido como Accionamiento de Velocidad Variable (ASD, también por sus siglas en inglés Adjustable-Speed Drive). De igual manera, en ocasiones es denominado mediante el anglicismo Drive, costumbre que se considera inadecuada. La maquinaria industrial generalmente es accionada a través de motores eléctricos, a velocidades constantes o variables, pero con valores precisos. No obstante, los motores eléctricos generalmente operan a velocidad constante o casi-constante, y con valores que dependen de la alimentación y de las características propias del motor, los cuales no se pueden modificar fácilmente. Para lograr regular la velocidad de los motores, se emplea un controlador especial que recibe el nombre de variador de velocidad.Velocidad como una forma de controlar un proceso[editar]
Entre las diversas ventajas en el control del proceso proporcionadas por el empleo de variadores de velocidad destacan:

Operaciones más suaves.
Control de la aceleración.
Distintas velocidades de operación para cada fase del proceso.
Compensación de variables en procesos variables.
Permitir operaciones lentas para fines de ajuste o prueba.
Ajuste de la tasa de producción.
Permitir el posicionamiento de alta precisión.
Control del Par motor (torque).
Variadores mecánicos[editar]
Variador de paso ajustable: este dispositivo emplea poleas y bandas en las cuales el diámetro de una o más poleas puede ser modificado.
Variador de tracción: transmite potencia a través de rodillos metálicos. La relación de velocidades de entrada/salida se ajusta moviendo los rodillos para cambiar las áreas de contacto entre ellos y así la relación de transmisión.Variadores eléctrico-electrónicos[editar]
Existen cuatro categorías de variadores de velocidad eléctrico-electrónicos:

variadores para motores de CC.
variadores de velocidad por corrientes de Eddy.
variadores de deslizamiento.
variadores para motores de CA (también conocidos como variadores de frecuencia).

ariadores para motores de CA[editar]
Artículo principal: Variador de frecuencia
Los variadores de frecuencia (siglas AFD ,del inglés Adjustable Frecuency Drive; o bien VFD Variable Frecuency Drive) permiten controlar la velocidad tanto de motores de inducción (asíncronos de jaula de ardilla o de rotor devanado), como de los motores síncronos mediante el ajuste de la frecuencia de alimentación al motor.

Para el caso de un motor síncrono, la velocidad se determina mediante la siguiente expresión:
(4) Ns=\frac{120\cdot f}{P}

Cuando se trata de motores de inducción, se tiene:
(5) Nm = \frac{120\cdot f\cdot (1-s)}{P}

donde:

Ns= velocidad síncrona (rpm)
Nm= velocidad mecánica (rpm)
f = frecuencia de alimentación (Hz)
s = deslizamiento (adimensional)
P = número de polos.
Como puede verse en las expresiones (4) y (5), la frecuencia y la velocidad son directamente proporcionales, de tal manera que al aumentar la frecuencia de alimentación al motor, se incrementará la velocidad de la flecha, y al reducir el valor de la frecuencia disminuirá la velocidad del eje. Por ello es que este tipo de variadores manipula la frecuencia de alimentación al motor a fin de obtener el control de la velocidad de la máquina

Estos variadores mantienen la razón Voltaje/ Frecuencia (V/Hz) constante entre los valores mínimo y máximos de la frecuencia de operación, con la finalidad de evitar la saturación magnética del núcleo del motor y además porque el hecho de operar el motor a un voltaje constante por encima de una frecuencia dada (reduciendo la relación V/Hz) disminuye el par del motor y la capacidad del mismo para proporcionar potencia constante de salida.
Los dispositivos variadores de frecuencia operan bajo el principio de que la velocidad síncrona de un motor de corriente alterna (CA) está determinada por la frecuencia de AC suministrada y el número de polos en el estator, de acuerdo con la relación:

RPM = {{{120 \times f}\over{p}}}
Donde
RPM = Revoluciones por minuto

f = frecuencia de suministro AC (Hercio)
p = Número de polos

Las cantidades de polos más frecuentemente utilizadas en motores síncronos o en Motor asíncrono son 2, 4, 6 y 8 polos que, siguiendo la ecuación citada, resultarían en 3000 RPM, 1500 RPM, 1000 RPM y 750 RPM respectivamente para motores sincrónicos únicamente y a la frecuencia de 50 Hz. Dependiendo de la ubicación geográfica funciona en 50Hz o 60Hz.
En los motores asíncronos las revoluciones por minuto son ligeramente menores por el propio asincronismo que indica su nombre. En estos se produce un desfase mínimo entre la velocidad de rotación (RPM) del rotor (velocidad "real" o "de salida") comparativamente con la cantidad de RPM's del campo magnético (las cuales si deberían cumplir la ecuación arriba mencionada tanto en Motores síncronos como en motores asíncronos ) debido a que sólo es atraído por el campo magnético exterior que lo aventaja siempre en velocidad (de lo contrario el motor dejaría de tener par en los momentos en los que alcanzase al campo magnético)
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