- Conexionado de pletinas en la caja de conexiones del motor trifásico asíncrono:
- Simulación de funcionamiento de un motor eléctrico:
- Comparativa entre diferentes arranques de motores eléctricos:
Vamos a suponer que tratamos de motores trifásicos de inducción y que la tensión de la red es constante.
Relación velocidad/frecuencia
Al conectar a la red el devanado estatórico de un motor asíncrono trifásico se creará un campo giratorio cuya velocidad de giro, se llama velocidad de sincronismo.
Esta velocidad depende solo de la frecuencia de fE de las corrientes del estator y del número de polos. Donde r.p.m. indica "revoluciones por minuto"
Como se observa en la tabla anterior, la velocidad sincrónica del motor de inducción se determina por la relación en r.p.m.:
Siendo;
nsinc: velocidad sincrónica o velocidad del campo magnético rotatorio en r.p.m.
Recuérdese que la velocidad en el eje (Vmec.) es ligeramente inferior a la sincrónica debido al deslizamiento, de aquí la denominación de motor asíncrono, finalmente la velocidad será ajustada por la carga.
120: es una constante
fE: es la frecuencia de la red
P: es el número de polos
Por tanto, según la fórmula anterior, cambios en la frecuencia de alimentación producirán cambios proporcionales en la velocidad del motor.
Por ejemplo, en un motor de 8 polos alimentado a 50 Hz, la velocidad de sincronismo sería:
Si la frecuencia es de 60 Hz:
De igual forma se pueden obtener las velocidades de sincronismo para ambas frecuencias con distinto número de polos según la siguiente tabla:
De modo orientativo se puede asumir que el deslizamiento que caracteriza a los motores asíncronos en su funcionamiento a plena carga posee valores comprendidos entre el 3 y el 7%, donde los valores inferiores son típicos de los motores de potencia elevada.
Con el ejemplo del motor anterior a 50 Hz, caracterizado por una velocidad de sincronismo de 750 rpm, si se supone un deslizamiento (s) del 4%, la velocidad real en condiciones normales de carga, sería:
Relación Voltios/frecuencia
Todo motor tiene una relación Voltios por Herzios, que se calcula a partir de la placa de características. Por ejemplo: Un motor 420V - 50Hz, tiene una relación: 420V ÷ 50Hz = 8,4 V/Hz. La teoría indica que cuando un motor se alimenta en otro sistema eléctrico, distinto al especificado en la placa (con otros niveles de tensión y frecuencias), siempre que la Relación Voltios por Hertz se mantenga constante, el motor entrega el mismo par operativo en el eje a la carga.
Siguiendo con el mismo ejemplo, para que el motor funcione correctamente a 60Hz habrá que darle un voltaje de alimentación 20% más alto (proporcional a la elevación de frecuencia de 50 a 60Hz). La tensión, en tal caso, será de 504V (504V ÷ 60Hz = 8,4 V/Hz).
Es necesario prestar atención, sin embargo, que al aumentar la tensión del motor más allá de su tensión nominal no se sobrepase el nivel de aislamiento eléctrico con el que está diseñado, lo que produciría la reducción de la vida útil del motor. En cualquier caso, deberá consultarse al fabricante sobre la posibilidad de llevarlo a cabo.
Si no puede corregirse el voltaje, entonces el motor operara como si tuviera un voltaje de solo el 80 %.
Al pasar de 50Hz a 60Hz, el motor desarrollará 20% más de potencia, ya que: Potencia = Par x Velocidad. La corriente consumida se mantendría invariable en ambos sistemas.
Caso en que el motor fabricado para 60 Hz funcione a 50 Hz
Cuando se desea que un motor de 60Hz funcione a 50Hz es conveniente disminuir la tensión del estator en función de la frecuencia (20%) de forma que el flujo por polo φM sea el mismo en ambas frecuencias (ver figura). De esta forma se consigue que en ambas frecuencias el par que suministra la máquina a la corriente asignada sea el mismo (par asignado) al igual que el par máximo.
Si mantenemos la tensión asignada del motor y aumentamos la frecuencia a 60 Hz podríamos llegar a alcanzar la saturación del circuito magnético con el consiguiente aumento de pérdidas y un excesivo calentamiento del motor.
Regulación de la velocidad n por variación de la frecuencia f
manteniendo constante el flujo por polo ϕM
Conclusiones:
A grandes rasgos, un aumento de la frecuencia conlleva una disminución del flujo del entrehierro, y una disminución de la corriente de magnetización (no en forma proporcional por la saturación). Si el par de fuerza en el eje es constante, la corriente rotórica aumentará en proporción con la frecuencia, junto con el deslizamiento. El par de fuerza máxima y el par de fuerza de arranque decrecerán casi con el cuadrado de la frecuencia. El rendimiento y el factor de potencia tendrán una ligera variación (dependiendo de las constantes de la máquina), y es necesario recalcar que para llevarlos a valores óptimos es preciso variar de la misma forma la tensión de alimentación (si se necesita el par de fuerza constante) o en forma cuadrática (si se necesita potencia constante), cosa que quizás sea difícil realizar. No obstante, las variaciones de aquellos parámetros no serán demasiado sensibles.
Por consiguiente:
Un motor fabricado a 50 Hz se puede conectar a 60 Hz:
● Si se aumenta la tensión de la red proporcionalmente con la frecuencia:
1. Su velocidad va a aumentar el 20% (proporcional al aumento de frecuencia de 50Hz a 60Hz)
2. Su carga va a aumentar al ir más rápido y el porcentaje de aumento dependerá del tipo de carga.
3. Los valores relativos para el par de arranque y el par máximo quedan prácticamente sin variación
4. La intensidad de arranque aumenta ligeramente
5. La potencia asignada aumenta un 15%
● Si no se aumenta la tensión de la red (se mantiene la tensión asignada original del motor a 50Hz.)
1. No aumenta la potencia asignada
2. La velocidad aumentará un 20%
3. El par de arranque y par máximo se reducirán al 82%
4. La intensidad de arranque se reducirá al 90%
Para conectar un motor fabricado a 60Hz a la frecuencia de 50Hz:
Deberá reducirse la tensión asignada de modo que no sobreexcite el núcleo (hierro). Para lograrlo, se tendrá que reducir el voltaje un 20% (es decir, voltios por hertz V / Hz = constante), obteniéndose:
1. La potencia se reducirá al 83%
2. La velocidad se reducirá al 80%
3. El par se reducirá al 69%
Siempre y cuando no se exceda la calificación del aumento de temperatura de la máquina, no se reducirá la vida útil del motor.
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