Vamos a suponer en este post que tratamos de motores trifásicos de inducción de una potencia importante 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 Hertz, 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 60 Hz habrá que darle un voltaje de
alimentación 20% más alto (proporcional
a la elevación de frecuencia de 50 a 60 Hz). La tensión, en tal caso, será de
504 V (504 V ÷ 60 Hz = 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 60 Hz
funcione a 50 Hz 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 50 Hz a 60 Hz)
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 50 Hz.)
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 60
Hz a la frecuencia de 50 Hz:
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.
Para saber más, ver post: "Comportamiento del motor de c.a. debido a variaciones en la tensión y frecuencia nominal" disponible en el siguiente link:
Para saber más, ver post: "Comportamiento del motor de c.a. debido a variaciones en la tensión y frecuencia nominal" disponible en el siguiente link:
POST EN PDF EN LA SIGUIENTE URL:
POST RELACIONADO:
Consideraciones sobre el control de velocidad mediante el cambio de la frecuencia en un motor
Comportamiento
del motor de c.a. debido a variaciones en la tensión y frecuencia nominal
https://imseingenieria.blogspot.com/2019/03/comportamiento-del-motor-de-ca-debido.html
¿Puede un Transformador fabricado para 50 Hz funcionar a 60 Hz?
¿Puede un Transformador fabricado para 50 Hz funcionar a 60 Hz?
