Funcionamiento de Motor de Inducción Trifásico en Alimentación Monofásica: 3 Métodos Comprobados

Funcionamiento de Motor de Inducción 3-F en Alimentación 1-F - 3 Métodos

Según el tipo de alimentación AC, los motores de inducción se clasifican en dos tipos: motor de inducción trifásico y motor de inducción monofásico. En la mayoría de aplicaciones industriales y agrícolas, el motor de inducción trifásico se usa ampliamente comparado con el motor de inducción monofásico.

Debido a la deficiencia de energía, la energía trifásica no está disponible continuamente en aplicaciones agrícolas. En este caso, una fase se desconecta del interruptor de operación en grupo (GOS). Así que la mayor parte del tiempo, dos de tres fases están disponibles. Pero con cualquier arreglo especial, no es posible operar un motor trifásico en una alimentación monofásica.

Como sabemos, el motor de inducción trifásico es un motor de autoarranque. El devanado del estator del motor de inducción trifásico genera un campo magnético rotativo. Esto crea un desfase de 120°. Pero, en el caso de un motor de inducción monofásico, se induce un campo magnético pulsante. Por lo tanto, un motor de inducción monofásico no es un motor de autoarranque. Requiere algún auxiliar extra para propósitos de arranque.

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Aquí mismo, necesitamos algún arreglo extra para operar un motor de inducción trifásico en una alimentación monofásica. Hay tres métodos:

• Usando Capacitor Estático (método de desfase de fase)
• Usando VFD (variador de frecuencia)
• Usando Convertidor Rotativo

En este artículo, discutiremos cada método brevemente.

Usando Capacitor Estático

Cuando alimentamos el estator del motor de inducción trifásico con energía AC trifásica, se produce un campo magnético rotativo balanceado y variable en el tiempo con 120° de separación. Pero en el caso de un motor de inducción monofásico, se induce un campo magnético pulsante. Y en este caso, no se produce par inicial (par de arranque). En un motor de inducción monofásico, se usa un devanado extra para crear un desfase de fase. En lugar de un devanado de arranque, un capacitor o inductor también se usa para crear desplazamiento de fase.

Similar a este principio, podemos usar el devanado trifásico de un motor de inducción trifásico y desplazar un devanado usando un capacitor o inductor. Una vez que el motor de inducción trifásico arranca en alimentación monofásica, funciona continuamente en capacidad reducida. La salida neta o eficiencia del motor se reduce a 2/3 de su capacidad nominal.

Este método también se conoce como método de convertidor de fase estático o método de desfase de fase o método de rebobinado.

En algunos arreglos, se usan dos capacitores: uno para arranque y el segundo para funcionamiento. El capacitor de arranque tiene 4 a 5 veces mayor capacidad comparado con un capacitor de funcionamiento. El diagrama de circuito de este arreglo se muestra en la figura siguiente.

El capacitor de arranque solo se usa para propósitos de arranque. Se desconecta del circuito después del arranque. El capacitor de funcionamiento siempre permanece en el circuito. Aquí, como se muestra en la figura, el motor está conectado en estrella. Y ambos capacitores están conectados entre dos fases del devanado.

La alimentación monofásica tiene dos terminales. Un terminal está conectado a la combinación en serie del devanado y el segundo terminal está conectado con el terminal restante del devanado trifásico. A veces solo se usa un capacitor. Este tipo de arreglo se muestra en la figura siguiente.

En la mayoría de los casos, los motores de inducción pequeños están conectados en estrella. Aquí, hemos tomado un motor de inducción trifásico conectado en estrella. Se usa un autotransformador para aumentar el nivel de voltaje. Porque el nivel de voltaje de la alimentación trifásica es 400-440 V y el nivel de voltaje de la alimentación monofásica es 200-230 V para 50 Hz de alimentación.

Podemos usar este circuito sin usar un autotransformador. En ese caso, el nivel de voltaje permanece en la alimentación monofásica (200-230 V). En esta condición también, el motor funcionará. Pero como el voltaje es bajo, el par producido por el motor es bajo. Este problema puede resolverse conectando un capacitor de arranque extra (fig-1). Este capacitor se conoce como capacitor de arranque o capacitor de bloqueo de fase.

Si necesita invertir la dirección del motor, cambie el diagrama de conexión como se muestra en la figura siguiente.

Limitaciones:

Las limitaciones del método de capacitor estático se enumeran a continuación.

• La potencia de salida del motor de inducción trifásico se reduce en 2/3 de la potencia a plena carga.
• Este método puede usarse para propósitos temporales. No es adecuado para aplicaciones de funcionamiento continuo.
• En este método, el efecto de carga es continuamente en dos fases. Esto reducirá la vida útil del motor.

Usando VFD

VFD significa variador de frecuencia. Es un dispositivo que se usa para controlar el motor (velocidad ajustable en funcionamiento). El VFD ajusta la corriente de entrada de un motor según la demanda (carga). Este dispositivo permite que el motor opere eficientemente bajo condiciones de carga variables.

Este método es el mejor para operar un motor de inducción trifásico en una alimentación monofásica. En este caso, una alimentación monofásica disponible se da como entrada al VFD. El VFD convierte la alimentación monofásica en DC rectificándola. Luego, convierte la alimentación DC en una alimentación AC trifásica. Y la frecuencia de la salida trifásica es ajustada por el VFD.

Por lo tanto, la alimentación disponible (monofásica) se da al VFD, y la salida (potencia trifásica) del VFD se usa como entrada de un motor trifásico. También elimina la corriente de arranque durante el inicio del motor. También proporciona un arranque suave del motor desde parado hasta condición de velocidad completa. Hay diferentes tipos y clasificaciones de VFD disponibles para diferentes aplicaciones y motores. Solo necesita elegir el VFD adecuado para su aplicación.

Ventajas del VFD:

Las ventajas de usar VFD para hacer funcionar un motor de inducción trifásico en una alimentación monofásica.

• Al ajustar los parámetros del VFD, podemos lograr un arranque suave del motor.
• Es fácil operar con el mejor rendimiento y mayor eficiencia.
• Tiene una función de autodiagnóstico que se usa para proteger el motor de sobrevoltaje, sobrecarga, sobrecalentamiento, etc.
• Está programado para lograr el control automático del motor.

Usando Convertidor de Fase Rotativo

Otro método usado es hacer funcionar un motor de inducción trifásico en una alimentación monofásica usando un convertidor de fase rotativo (RPC). Este proceso es muy costoso. Dará el mejor rendimiento comparado con todos los demás métodos. Porque el convertidor de fase rotativo genera una señal trifásica perfecta en la salida. Sin embargo, no se usa ampliamente ya que el costo del convertidor rotativo es muy alto.

El diagrama de conexión del convertidor de fase rotativo se muestra en la figura siguiente.