Figura 1: Zonas de
funcionamiento del motor asíncrono
Cuando el motor asíncrono
funciona en régimen de freno, el rotor gira en sentido contrario al campo
giratorio, de tal forma que la máquina recibe energía de la red y energía
mecánica por el eje.
Propiedades:
● La resistencia R'c < 0 y
por tanto la potencia mecánica interna, es negativa. La máquina recibe energía
mecánica por el eje.
● La potencia en el
entrehierro
(s = deslizamiento)
es positiva y por tanto se
transfiere energía del estátor al rotor. Por ello la potencia que se absorbe de
la red es positiva, y el par electromagnético es positivo.
Figura 2
Durante el período de frenado
la máquina recibe energía mecánica por el eje y también energía eléctrica de la
red, esto origina grandes corrientes rotóricas con las consiguientes pérdidas
por efecto Joule tanto en el estátor como en el rotor, que es donde se disipan
las potencias que recibe la máquina en esta situación.
● Par de frenado
El par de frenado del motor y
el conjunto de la máquina accionada es igual al par desarrollado por el motor
más el par motor de la máquina accionada.
Cf = Par de frenado
Cm = Par motor
Cr = Par resistente
El tiempo de frenado, o el
tiempo necesario para que el motor asíncrono pase de una velocidad n a la parada es:
Tf = tiempo de
frenado en segundos
J = momento de inercia en kg x
m2
n = velocidad de rotación en
r.p.m.
Cf = par medio de
frenado en el intervalo n → 0 en Newton x metro
Frenado por contracorriente
Se utiliza en la práctica
cuando se desea parar rápidamente un motor. La maniobra se realiza invirtiendo
dos fases de la alimentación trifásica, de forma que el campo giratorio pasa
súbitamente a girar en sentido contrario al del rotor.
Inicialmente:
Velocidad como motor: n
Al invertir dos fases
Velocidad del motor: - n
En el momento de la inversión
el deslizamiento, s, pasa de un valor de unos 3 - 8% a un valor cercano a 2.
El rotor al estar girando en
sentido opuesto al campo giratorio, va disminuyendo gradualmente su velocidad,
y cuando ésta llega a cero, el motor debe ser desconectado de la red, ya que en
caso contrario la máquina pasaría de nuevo a régimen motor pero girando ahora
en sentido contrario al original.
Precauciones en la
utilización del frenado a contracorriente
En el
frenado a contracorriente se pueden producir corrientes incluso muy superiores
a las de arranque, por ello no debe emplearse este sistema de frenado con
demasiada frecuencia por que la elevación de la temperatura de los devanados
puede llegar a fundir las barras del rotor y sobrecalentar el devanado del
estátor. Térmicamente, una inversión es equivalente a 4 arranques.
Los
motores preparados para realizar este frenado son generalmente de rotor
devanado, de tal modo que al realizar esta maniobra se introducen resistencias
adicionales en el rotor para limitar las corrientes a magnitudes admisibles y
deseables.
Frenado por recuperación de energía o frenado
regenerativo
Aparece
cuando la máquina asíncrona trabaja como generador, por lo tanto a una
velocidad superior a la de sincronismo.
Se
puede producir este frenado en las máquinas de elevación y transporte cuando se
bajan cargas pesadas.
Este
modo de frenado se aplica a motores de varias velocidades (2 y 4 polos, 1500 y
3000 rpm, por ejemplo) en tales casos es imposible parar el motor cuando se
pasa a una velocidad inferior.
Las
tensiones térmicas son aproximadamente idénticas a las obtenidas durante la
transición de la velocidad más baja a la velocidad más alta.
El
par máximo de frenado es ligeramente mayor que el par de arranque del motor a
la velocidad más baja.
Este
régimen de frenado aparece con frecuencia en los motores de c.c. utilizados en
la tracción eléctrica, al bajar un tren por pendientes elevadas (si el tren
tiende a embalarse, aparecerá un par de frenado que tiende a evitar un posible
descarrilamiento).
Frenado dinámico
Consiste
en desconectar el estátor de la red y aplicarle una corriente continua por
medio de una fuente auxiliar (un regulador utilizado para arranque del motor
también puede realizar esta función). De esta forma se produce un campo de
amplitud constante que es fijo en el espacio y que al reaccionar con el campo
giratorio del rotor provoca un frenado de la máquina.
Se
pueden realizar cuatro modos de acoplamiento de los devanados con la tensión
continua. (Ver figura 3)
Figura 3
Las solicitaciones
térmicas son aproximadamente 3 veces inferiores a las del frenado a contracorriente,
pero el tiempo de frenado es más prolongado.
Figura 4: Curva
del par de frenado
Este
tipo de frenado se utiliza en los trenes de laminación de plantas siderúrgicas
y se emplea para conseguir una parada rápida y exacta de muchos mecanismos,
reduciendo el tiempo de paro de los accionamientos principales.
Frenado con variador de velocidad
electrónico
Este
modo de frenado es posible con variadores de velocidad controlados.
Cuando
el ondulador del inversor suministra una frecuencia inferior a la velocidad del
motor, el motor frena y devuelve energía:
- a
la red cuando el rectificador es reversible (rectificador a tiristores)
- a
una resistencia de disipación térmica controlada por transistores instalada en
paralelo con el circuito de continua.
El sistema
de recuperación de energía es esencial para no dañar el ondulador por las
mismas razones que en el caso de producirse caídas de tensión en la red.
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Soluciones electrónicas para el control y mando de motores de corriente alterna
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Estimado Andrés
ResponderEliminarSu blog es muy interesante, simpre sigo sus artículos que son muy buenos. Saludos desde Uruguay.
Gerardo
Muchas gracias Gerardo.
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