Control de velocidad de los motores monofásicos m onofásicos 1. Resumen En esta sesión se conoció los métodos de variación de velocidad de un motor monofásico como uso de autotransformadores, autotransformadores, variadores de frecuencia frecuencia y otros; también se comprobó que el método de la variación de frecuencia es el más eficiente para variar la velocidad del motor monofásico.
2. Información teórica. teórica . Hasta la llegada de los modernos controladores de estado sólido, los motores de inducción no eran las máquinas adecuadas para aplicaciones aplicaciones que requerían considerable considerable control de velocidad. El rango normal de operación de un motor de inducción típico está confinado a menos de 5 de desli!amiento y la variación de la velocidad en ese rango es más o menos directamente proporcional a la carga sobre el e"e del motor. #un si el desli desli!am !amien iento to fuera fuera mayor mayor,, la efici eficien encia cia del del motor motor sería sería muy pobre pobre pues puesto to que que las pérdidas en el cobre del rotor son directamente proporcionales proporcionales al desli!amiento desli!amiento del motor. $ara $ara varia variarr la veloc velocida idad d de los los motor motores es mono monofás fásico icos s se dispo dispone ne de las siguie siguient ntes es técnicas% • • •
&ariar la frecuencia del estator. 'ambiar el n(mero de polos. 'ambiar el volta"e aplicado al terminal
)a velocidad de un motor de inducción está dada por%
*onde fe es la frecuencia de líneas y $ es el n(mero de polos. $or tanto las (nicas formas en que se puede variar la velocidad sincrónica de la máquina son cambiando la frecu frecuen encia cia eléctr eléctrica ica y cambi cambian ando do el n(me n(mero ro de polos polos de la máqui máquina na.. El contr control ol del del desli!am desli!amient iento o puede puede ser llevado llevado a cabo bien sea variando variando la resisten resistencia cia del rotor rotor o variando el volta"e en las terminales del motor.
'ontrol del volta"e de línea. Es el método más empleado para el control de la variación de velocidad para motores monofásicos. $ara variar el volta"e aplicado al motor pueden emplearse uno de estos tres métodos
Autotransformador (Variac): Es el método más costoso en el control de velocidad por control del volta"e de línea. +n autotransformador es un transformador con un (nico devanado que ace de primario y secundario. Hay autotransformadores en los que el terminal a no es fi"o sino que se mueve mediante un cursor. Esto permite variar la relación de transformación del autotransformador y, por lo tanto, obtener una tensión secundaria variable a voluntad. Este tipo de autotransformadores se denomina variac y en ellos el circuito magnético de cada fase suele tener forma de toro alrededor del cual se bobina el arrollamiento que ace de primario y de secundario a la ve!. Este método es usado sólo cuando es necesario acer un control de velocidad muy uniforme. Tiristor de corriente alterna (TRIAC): . El -riac es un dispositivo semiconductor que pertenece a la familia de los tiristores. El triac es en esencia la coneión de dos tiristores en paralelo pero conectados en sentido opuesto y compartiendo la misma compuerta. /ver imagen0. El triac sólo se utili!a en corriente alterna y al igual que el tiristor, se dispara por la compuerta. 'omo el triac funciona en corriente alterna, abrá una parte de la onda que será positiva y otra negativa. 1uncionamiento% )a parte positiva de la onda /semiciclo positivo0 pasará por el triac siempre y cuando aya abido una se2al de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de arriba acia aba"o /pasará por el tiristor que apunta acia aba"o0, de igual manera% )a parte negativa de la onda /semiciclo negativo0 pasará por el triac siempre y cuando aya abido una se2al de disparo en la compuerta, de esta manera la corriente circulará de aba"o acia arriba /pasará por el tiristor que apunta acia arriba0. $ara ambos semiciclos la se2al de disparo se obtiene de la misma patilla /la puerta o compuerta0. )o interesante es, que se puede controlar el momento de disparo de esta patilla y así, controlar el tiempo que cada tiristor estará en conducción. 3ecordar que un tiristor sólo conduce cuando a sido disparada /activada0 la compuerta y entre sus terminales ay un volta"e positivo de un valor mínimo para cada tiristor0. Entonces, si se controla el tiempo que cada tiristor está en conducción, se puede controlar la corriente que se entrega a una carga y por consiguiente la potencia que consume
Resistencia en serie al motor: $uede insertarse una resistencia en serie con el circuito del estator. Este es el método más barato de control de volta"e ,pero tiene la desventa"a de que se pierde abundancia potencia en la resistencia ,lo cual reduce la eficiencia total de la conversión de la potencia. Este método presenta la venta"a de que se puede variar la velocidad sobre una amplia gama por deba"o de la velocidad de sincronismo del rotor, sin embargo presenta el inconveniente de la disminución considerable del rendimiento debido a las pérdidas de la resistencia del rotor, además de que la regulación de velocidad es pobre.
'ambio del n(mero de polos. Eisten dos métodos importantes para cambiar el n(mero de polos en un motor de inducción% el método de polos consecuentes y los devanados de estator m(ltiple. El método de polos consecuentes es antiguo /4670 y se basa en el eco de que el n(mero de polos en los devanados estatóricos de un motor de inducción se puede cambiar con facilidad en relación 8%4 con sólo efectuar simples cambios en la coneión de las bobinas. 'omo método de control de velocidad sólo puede utili!arse para producir velocidades relativamente fi"as /9::, 6::, 48:: ó 4:: r.p.m.0 para un motor de inducción cuya velocidad varía sólo ligeramente /del 8 al 0 desde vacío a plena carga. +n inconveniente del método de polos consecuentes es que las velocidades obtenidas están en relación 8%4, y no se pueden conseguir velocidades intermedias mediante los procedimientos de conmutación. Este inconveniente queda superado mediante la utili!ación de dos devanados independientes, cada cual creando un campo y un n(mero de polos total independientes. $or e"emplo, si ablamos de un motor trifásico de dos devanados, uno de ellos se bobina para cuatro polos, y el otro, para seis polos. *e esta forma, el primer devanado producirá una velocidad elevada de 4:: r.p.m., mientras que el segundo, una ba"a de 48:: r.p.m. 'uando el principio del motor de inducción de velocidad m(ltiple, de doble devanado, se combina con el método de coneión de polos consecuentes, se obtiene un total de cuatro velocidades
síncronas /4::, 48::, 6:: y 9:: r.p.m.0. 'ontrol de la frecuencia eléctrica. )a manera más efectiva de controlar la velocidad de un motor monofásico es variando la frecuencia usando un ciclo convertidor. -radicionalmente la conversión #'#' se llevaba a cabo en dos etapas% primero de #' < '* con un rectificador y luego de '* < #' mediante un inversor. )os ciclo convertidores son circuitos dise2ados para llevar a cabo la
conversión #'#' sin esas dos etapas, lo que eleva el rendimiento y reduce la cantidad de componentes necesarios. )a aplicación típica de este circuito es en el control de velocidad de motores síncronos y de inducción por medio de variación de la frecuencia.
3. Instrumentos materiales.
4. ?ultímetro.
@.#utotransformador
=. control de potencia -3>#'
8. -acómetro
5. ciclo convertidor.
! "ise#o e$%erimental reali&ación del e$%erimento .
4. 'onectar el motor monofásico a un autotransformador. -omar distintos valores de la velocidad del rotor con respecto a distintos volta"es. 8. 'onectar el motor monofásico al -3>#' y tomar distintos valores de la velocidad del rotor con respecto a diferentes rangos de acorte de onda senoidal. =. 'onectar el motor monofásico al cicloconvertidor y tomar diferentes datos de la velocidad del rotor para distintos valores de la frecuencia eléctrica.
'. "atos $%erimentales. Ta+la 2
Ta+la 1 recuencia
R,-
V
R,-
8.6:
9=
75
4@6=
=6.@
4:@8
4::
47=5
@=.7:
4=:7
485
4755
@5.96
4=99
45:
4795
@7
4@:
475
477:
@6
4@95
8::
4775
5:
4@67
88:
477
. Análisis* resultados discusión.
#l anali!ar las tablas 4 y 8, observamos lo ineficientes que son las técnicas de control de velocidad controlando el volta"e. -ambién, para diferentes recortes de onda del -3>#' la variación de volta"e fue mínima. $odemos percatarnos la gran precisión que muestra el control de velocidad controlando la frecuencia, puesto que eiste una relación lineal entre la velocidad de sincronismo y la frecuencia eléctrica.
/. Conclusiones. Eisten diferentes métodos para variar la velocidad de un motor monofásico% controlando el volta"e, controlando la frecuencia y controlando el n(mero de polos. El más eficiente es el método que consiste en controlar la frecuencia eléctrica; siendo bastante pobre el control de la velocidad con los otros métodos
