Variadores de Frecuencia

VARIADORES DE FRECUENCIA
REPASO DE CONCEPTOS ELECTROTÉCNICOS.
Como paso previo a la lectura de estos apuntes, sería conveniente
un repaso a los conceptos básicos de los motores asíncronos de jaula de
ardilla, sobre todo a los puntos de arranque, velocidad y frenado.
Igualmente, a continuación se exponen, como repaso, algunos conceptos
sobre máquinas asíncronas (generadores y motores).
Lasmáquinas eléctricas sirven para transformar la energía mecánica
en eléctrica (generadores) o, inversamente, para transformar la energía
eléctrica en mecánica (motores); es decir que la máquinas eléctricas son
reversibles y pueden trabajar como generador o como motor.
Estas máquinas asíncronas se basan en el principio de la acción de
un campo magnético giratorio sobre un arrollamiento encortocircuito.

Efecto de campo giratorio sobre una espira en cortocircuito.
El sistema magnético de una máquina asíncrona consta de 2
núcleos: el núcleo exterior fijo que tiene la forma de un cilindro hueco y el
núcleo cilíndrico interior giratorio.

Sistema magnético de la máquina asíncrona.
rotor.

La parte fija de la máquina se llama estator y la parte giratoria

ESTATOR: en lasranuras ubicadas en el lado interior del estator se coloca
un arrollamiento trifásico, constituido por 3 arrollamientos iguales (uno
por cada fase) desplazados 120º entre sí (para un motor con un solo par de
polos). Por lo visto en campos giratorios, los efectos simultáneos de las 3
corrientes de una red trifásica originan un campo constante que gira a
velocidad síncrona (n s).
ROTOR: si en elinterior del estator colocamos una espira en cortocircuito
(rotor) que pueda girar alrededor de un eje, se tiene que:
ü Al conectar el estator a la red se origina un campo giratorio que
originará una fem inducida.
ü Esta fem inducida, a su vez hace circular una corriente en la
espira en cortocircuito (rotor), y por la acción del campo magnético
creará cuplas distribuidas a lo largo de la espirahaciendo que ésta
trate de seguir al campo giratorio.
ü Es obvio que la espira nunca podrá alcanzar al campo giratorio
debido a la cupla resistente, que está compuesta en prime r término
por las pérdidas por rozamiento en los cojinetes, y en segundo
término por la carga que mueve el eje del motor.
ü Es decir que siempre habrá una diferencia entre la velocidad “n s”
del campo giratorio y ladel rotor “n” (o la del eje del motor).

Por lo tanto, llamaremos velocidad relativa a la diferencia entre n s y n,
que para el caso de motores será positiva y para el caso de generadores
será negativa.
n rel = n s − n

La magnitud característica que determina las condiciones de trabajo
de la máquina asíncrona es el resbalamiento , definido como:
s=

ns − n
ns

El resbalamiento espositivo cuando la máquina trabaja como motor
y negativo cuando ésta trabaja como generador.
EJEMPLO.
Para un motor de un par de polos con frecuencia de línea de 50 Hz,
girando en régimen a 2866 rpm (n), se tendrán los siguientes valores:
ü Si el motor está parado n = 0, entonces s = 1 (100% resbalamiento)
ü Si el motor está en régimen n = 2866 rpm, entonces s = 0,044
(4,4% resbalamiento).ü En el hipotético caso (que no significa ideal) que el rotor estuviera
síncrono con el campo magnético giratorio, se tendría
n = ns = 3000 rpm, entonces s = 0 (0% resbalamiento).
Además:

n = ns − ns * s

⇒

n = ns * (1 − s )

Recordando que:

ns =

60 * f
p

Donde:
• f: es la frecuencia de la línea (Hz).
• p: es el n úmero de pares de polos.
Luego, se tiene que:

n=60 * f
* (1 − s )
p

Conclusión:
Las rpm reales de un motor (n) son función del resbalamiento (s), de
la cantidad de pares de polos (p) y de la frecuencia de línea (f).
Sobre ésta última, centraremos nuestra atención, ya que los
variadores estáticos de frecuencia, tomando la tensión y la frecuencia de
línea, podrán variarla a su salida entre 0,01 Hz y 350 Hz o más
dependiendo del uso y...