Motores de inducción de rotor bobinado

Un rotor bobinado El motor de inducción tiene un estator como un motor de inducción de jaula de ardilla, pero un rotor con bobinados aislados que salen a través de anillos colectores y escobillas.

Sin embargo, no se aplica energía a los anillos colectores. Su único propósito es permitir que la resistencia se coloque en serie con los devanados del rotor durante el arranque (figura siguiente). Esta resistencia se corta una vez que se arranca el motor para que el rotor se vea eléctricamente como la contraparte de la jaula de ardilla.

Motor de inducción de rotor bobinado

P: ¿Por qué poner resistencia en serie con el rotor?

A: Los motores de inducción de jaula de ardilla consumen entre el 500% y más del 1000% de la corriente a plena carga (FLC) durante el arranque. Si bien este no es un problema grave para los motores pequeños, lo es para los motores grandes (decenas de kW).

Colocar la resistencia en serie con los devanados del rotor no solo disminuye la corriente de arranque, la corriente de rotor bloqueado (LRC) sino que también aumenta el par de arranque, el par de rotor bloqueado (LRT). La siguiente figura muestra que al aumentar la resistencia del rotor de R ₀ a R ₁ a R ₂ , el pico de par de ruptura se desplaza a la izquierda a velocidad cero.

Tenga en cuenta que este pico de par es mucho más alto que el par de arranque disponible sin resistencia del rotor (R ₀ ) el deslizamiento es proporcional a la resistencia del rotor y el par de extracción es proporcional al deslizamiento. Por lo tanto, se produce un par elevado durante el arranque.

El pico de par de ruptura se cambia a velocidad cero al aumentar la resistencia del rotor

La resistencia disminuye el par disponible a máxima velocidad de funcionamiento. Pero esa resistencia se corta en el momento en que se pone en marcha el rotor. Un rotor en corto funciona como un rotor de jaula de ardilla. El calor generado durante el arranque se disipa principalmente en el exterior del motor en la resistencia de arranque.

La complicación y el mantenimiento asociados con las escobillas y los anillos deslizantes es una desventaja del rotor bobinado en comparación con el rotor de jaula de ardilla simple.

Este motor es adecuado para arrancar cargas muy inerciales. Una alta resistencia de arranque hace que el alto par de arranque esté disponible a velocidad cero. A modo de comparación, un rotor de jaula de ardilla solo exhibe un par de extracción (pico) al 80% de su velocidad síncrona.

Control de velocidad

La velocidad del motor se puede variar volviendo a colocar la resistencia variable en el circuito del rotor. Esto reduce la corriente y la velocidad del rotor. El alto par de arranque disponible a velocidad cero, el par de ruptura con cambio descendente, no está disponible a alta velocidad.

Ver R ₂ curva al 90% Ns, la figura siguiente. Resistencias R ₀ , R ₁ , R ₂ , R ₃ aumento de valor desde cero.

Una mayor resistencia a R ₃ reduce aún más la velocidad. La regulación de la velocidad es deficiente con respecto a las cargas de par cambiantes. Esta técnica de control de velocidad solo es útil en un rango del 50% al 100% de la velocidad máxima.

El control de velocidad funciona bien con cargas de velocidad variable como elevadores y prensas de impresión.

La resistencia del rotor controla la velocidad del motor de inducción del rotor bobinado

Generador de inducción doblemente alimentado

Anteriormente describimos un motor de inducción de jaula de ardilla que actúa como generador si se acciona más rápido que la velocidad síncrona. (Consulte Alternador de motor de inducción) Este es un generador de inducción de alimentación individual , teniendo conexiones eléctricas solo a los devanados del estator.

Un motor de inducción de rotor bobinado también puede actuar como generador cuando se acciona por encima de la velocidad síncrona. Dado que hay conexiones tanto para el estator como para el rotor, dicha máquina se conoce como generador de inducción doblemente alimentado (DFIG).

La resistencia del rotor permite el exceso de velocidad del generador de inducción doblemente alimentado

El generador de inducción de alimentación individual solo tenía un rango de deslizamiento utilizable del 1% cuando era impulsado por un par de viento problemático. Dado que la velocidad de un motor de inducción de rotor bobinado se puede controlar en un rango de 50-100% insertando resistencia en el rotor, podemos esperar lo mismo del generador de inducción doblemente alimentado.

No solo podemos reducir la velocidad del rotor en un 50%, sino que también podemos acelerarlo en un 50%. Es decir, podemos variar la velocidad de un generador de inducción doblemente alimentado en ± 50% de la velocidad síncrona. En la práctica real, ± 30% es más práctico.

Si el generador se sobreacelera, la resistencia colocada en el circuito del rotor absorberá el exceso de energía mientras el estator alimenta 60 Hz constantes a la línea eléctrica (figura anterior). En el caso de baja velocidad, la resistencia negativa insertada en el circuito del rotor puede compensar el déficit de energía, permitiendo que el estator alimente la línea eléctrica con una potencia de 60 Hz.

El convertidor recupera energía del rotor del generador de inducción doblemente alimentado

En la práctica real, la resistencia del rotor puede ser reemplazada por un convertidor que absorbe la energía del rotor y la alimenta a la línea de energía en lugar de disiparla. Esto mejora la eficiencia del generador.

El convertidor toma prestada energía de la línea eléctrica para el rotor del generador de inducción doblemente alimentado, lo que le permite funcionar bien por debajo de la velocidad síncrona

El convertidor puede "tomar prestada" energía de la línea para el rotor de baja velocidad, que la pasa al estator. La potencia prestada, junto con la energía del eje más grande, pasa al estator que está conectado a la línea eléctrica.

El estator parece estar suministrando el 130% de la potencia a la línea. Tenga en cuenta que el rotor "toma prestado" el 30%, dejando la línea con el 100% para el DFIG teórico sin pérdidas.

Cualidades del motor de inducción de rotor bobinado

• Excelente par de arranque para cargas de alta inercia.
• Corriente de arranque baja en comparación con el motor de inducción de jaula de ardilla.
• La velocidad es la variable de resistencia entre el 50% y el 100% de la velocidad máxima.
• Mayor mantenimiento de las escobillas y anillos colectores en comparación con el motor de jaula de ardilla.
• La versión de generador de la máquina de rotor bobinado se conoce como generador de inducción doblemente alimentado , una máquina de velocidad variable.

HOJA DE TRABAJO RELACIONADA:

• Hoja de trabajo de la teoría del motor de CA