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jueves, 26 de julio de 2018

Frenado de motores asíncronos




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.

La representación del par de frenado en el intervalo de velocidad (0, ns) es similar al de la curva Cm = f(n) (figura 4).

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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2 comentarios:

  1. Estimado Andrés
    Su blog es muy interesante, simpre sigo sus artículos que son muy buenos. Saludos desde Uruguay.
    Gerardo

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