Control Tensión frecuencia

Variando la frecuencia de las tensiones aplicadas a las bobinas del estator, cambia la velocidad sincrónica de la máquina. La variación de la frecuencia afecta proporcionalmente las reactancias de magnetización y dispersión en el circuito equivalente, pero las resistencias se mantienen aproximadamente constantes, considerando que el efecto pelicular es poco pronunciado. Para que la densidad de flujo magnético se mantenga prácticamente constante, y en los límites de diseño de la máquina, es conveniente variar la amplitud de la tensión de alimentación en la misma proporción que se varía la frecuencia. De esta forma, la magnitud del par eléctrico es similar a la que se obtiene con frecuencia nominal, pero la velocidad es variable.

En la figura 38 se presentan las características par eléctrico-velocidad para una máquina de inducción alimentada mediante cuatro frecuencias diferentes, manteniendo constante la relación entre la amplitud de la tensión y la frecuencia de alimentación. Si se aumenta paulatinamente la frecuencia es posible acelerar una carga mecánica pasando por los puntos 1, 2, 3 hasta alcanzar el punto 4. Si la variación de la frecuencia es lenta en comparación con la inercia del conjunto máquina-carga mecánica, la corriente se reduce con respecto a un arranque directo. También es posible mantener cualquier punto de operación intermedio con el aumento o reducción de la velocidad. Operando a baja frecuencia, se incrementa el par de arranque, pero el par máximo de la máquina es prácticamente constante, siempre y cuando las reactancias sean mucho mayores que las resistencias del modelo.

Este controlador de velocidad requiere una fuente de tensión trifásica regulable en magnitud y frecuencia. En el pasado esta fuente se podía obtener mediante una máquina sincrónica

sincrónica todo el problema de regulación. Mediante interruptores electrónicos de alta velocidad es posible construir fuentes de tensión alterna regulada en frecuencia y magnitud. Esta alternativa desarrollada durante la década de los treinta con las válvulas de vapor de mercurio, evolucionó en la década de los ochenta con la aparición de los tiristores y transistores de gran potencia. Los inversores de tensión convierten fuentes de tensión o corriente continua en fuentes de tensión o corriente alterna.

En la figura 39 se muestra el mecanismo de inversión en el caso más simple, un inversor monofásico. Alternadamente se conectan los interruptores 1,2 y 3,4. Esto conecta la mitad del tiempo la carga entre positivo y negativo de la fuente de tensión Vcc, el resto del tiempo ocurre lo contrario −Vcc. El resultado final es una fuente de tensión alterna no sinusoidal, cuya frecuencia depende de la velocidad de operación de los interruptores. La amplitud de esta fuente es constante. Si la fuente de tensión continua Vcc es regulable, se puede obtener una fuente cuya relación tensión frecuencia sea constante. Mediante el inversor también es posible regular la amplitud de la tensión de salida. Para lograr esto durante algunos instantes en período de conexión de un grupo de interruptores, se conectan los interruptores superiores o inferiores para aplicar tensión cero sobre las bobinas V = 0, o incluso se conectan los interruptores contrarios en ese período, lo que invierte la polaridad. Esta técnica de control se denomina modulación del ancho del pulso, y existen varios métodos que además de regular el nivel de tensión, permiten reducir el contenido armónico de la fuente.

9.1.2 Variador de Tensión.

Esta solución tiende a desaparecer como resultado de los avances conseguidos por los convertidores de frecuencia.

El par que suministra un motor asíncrono es proporcional al cuadrado de la tensión de alimentación. El principio de funcionamiento consiste en reducir el par resistente a la velocidad deseada. La modulación de tensión se obtiene mediante la variación del ángulo de encendido de dos tiristores montados en oposición en cada fase del motor.

Este sistema de variadores de tensión se utiliza principalmente para variar la velocidad de los pequeños ventiladores. Durante el deslizamiento del motor, las pérdidas en el rotor son proporcionales al par resistente e inversamente proporcionales a la velocidad. Por tanto, el motor debe tener capacidad para disipar estas pérdidas y no debe presentar puntos de inflexión que desestabilizarían la velocidad. Normalmente, los pequeños motores de hasta 3 kW cumplen estas condiciones. Además, hace falta un motor de jaula resistente, motoventilado en caso de que trabaje a baja velocidad.

Es posible utilizar este variador como arrancador para las máquinas con pares resistentes débiles.

9.1.3 Regulación por variación del número de polos.

La regulación por variación del número de polos únicamente permite alcanzar unos pocos valores de velocidad diferentes, ya que el número de pares de polos p sólo puede adoptar valores enteros y, en consecuencia, no se puede variar de forma continua. Se utiliza en máquinas de jaula de ardilla que en el estator disponen, bien de dos devanados independientes, cada uno de ellos con un número de polos diferente; o bien de un devanado especial que admite diferentes formas de conexión para modificar su número de polos.