13.8: Motores de Inducción con Rotor de

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Un motor de inducción de rotor enrollado tiene un estator como el motor de inducción de jaula de ardilla, pero un rotor con devanados aislados sacados a través de anillos deslizantes y cepillos. Sin embargo, no se aplica energía a los anillos deslizantes. Su único propósito es permitir que la resistencia se coloque en serie con los devanados del rotor mientras se inicia. (Figura abajo) Esta resistencia se cortocircuita una vez que se arranca el motor para hacer que el rotor se vea eléctricamente como la contraparte de la jaula de ardilla.

Motor de inducción de rotor enrollado.

¿Por qué poner la resistencia en serie con el rotor? Los motores de inducción de jaula de ardilla extraen 500% a más del 1000% de la corriente a plena carga (FLC) durante el arranque. Si bien esto no es un problema grave para motores pequeños, es para motores grandes (10's de kW). Colocar resistencia en serie con los devanados del rotor no solo disminuye la corriente de arranque, la corriente bloqueada del rotor (LRC), sino que también aumenta el par de arranque, el par de rotor bloqueado (LRT). La siguiente figura muestra que al aumentar la resistencia del rotor de R ₀ a _R1 a _R2, el pico de par de ruptura se desplaza a la izquierda a la velocidad cero.Tenga en cuenta que este pico de par es mucho mayor que el par de arranque disponible sin resistencia del rotor (R ₀) El deslizamiento es proporcional a la resistencia del rotor, y el par de extracción es proporcional al deslizamiento. De esta manera, se produce un par alto al arrancar.

El pico de par de ruptura se desplaza a velocidad cero al aumentar la resistencia del rotor.

La resistencia disminuye el par disponible a toda velocidad de funcionamiento. Pero esa resistencia se cortocircuitó para cuando se arranca el rotor. Un rotor en cortocircuito funciona como un rotor de jaula de ardilla. El calor generado durante el arranque se disipa principalmente fuera del motor en la resistencia de arranque. La complicación y el mantenimiento asociados con las escobillas y los anillos deslizantes es una desventaja del rotor enrollado en comparación con el rotor de jaula de ardilla simple.

Este motor es adecuado para arrancar altas cargas inerciales. Una alta resistencia de arranque hace que el alto par de extracción esté disponible a velocidad cero. A modo de comparación, un rotor de jaula de ardilla solo exhibe torque de extracción (pico) al 80% de su velocidad sincrónica.

Control de velocidad

La velocidad del motor se puede variar volviendo a poner resistencia variable en el circuito del rotor. Esto reduce la corriente y la velocidad del rotor. El par de arranque alto disponible a velocidad cero, el par de ruptura desplazado hacia abajo, no está disponible a alta velocidad. Ver curva _R2 a 90% Ns, Figura a continuación. Las resistencias R ₀ R ₁ R ₂ R ₃ aumentan de valor desde cero. Una mayor resistencia a R ₃ reduce aún más la velocidad. La regulación de la velocidad es deficiente con respecto al cambio de las cargas de par. Esta técnica de control de velocidad solo es útil en un rango del 50% al 100% de la velocidad completa. El control de velocidad funciona bien con cargas de velocidad variable como elevadores y prensas de impresión.

La resistencia del rotor controla la velocidad del motor de inducción del rotor enrollado.

Generador de inducción de doble alimentación

Anteriormente describimos un motor de inducción de jaula de ardilla que actúa como un generador si se acciona más rápido que la velocidad sincrónica. (Ver Alternador de motor de inducción) Este es un generador de inducción de alimentación única, que tiene conexiones eléctricas solo a los devanados del estator. Un motor de inducción de rotor enrollado también puede actuar como un generador cuando se impulsa por encima de la velocidad síncrona. Dado que hay conexiones tanto al estator como al rotor, dicha máquina se conoce como un generador de inducción de doble alimentación (DFIG).

La resistencia del rotor permite el exceso de velocidad del generador de inducción doblemente alimentado.

El generador de inducción de alimentación única solo tenía un rango de deslizamiento utilizable del 1% cuando se accionaba por un par de viento problemático. Dado que la velocidad de un motor de inducción de rotor enrollado puede controlarse en un rango de 50-100% insertando resistencia en el rotor, podemos esperar lo mismo del generador de inducción doblemente alimentado. No sólo podemos ralentizar el rotor en un 50%, también podemos sobreacelerarlo en un 50%. Es decir, podemos variar la velocidad de un generador de inducción doblemente alimentado en ± 50% de la velocidad sincrónica. En la práctica real, ± 30% es más práctico.

Si el generador sobreacelera, la resistencia colocada en el circuito del rotor absorberá el exceso de energía mientras que el estator alimenta 60 Hz constantes a la línea eléctrica. (Figura anterior) En el caso de baja velocidad, la resistencia negativa insertada en el circuito del rotor puede suplir el déficit de energía, permitiendo aún así que el estator alimente la línea eléctrica con una potencia de 60 Hz.

El convertidor recupera energía del rotor del generador de inducción doblemente alimentado.

En la práctica real, la resistencia del rotor puede ser reemplazada por un convertidor (Figura anterior) que absorbe energía del rotor y alimenta energía a la línea eléctrica en lugar de disiparla. Esto mejora la eficiencia del generador.

El convertidor toma prestada energía de la línea eléctrica para el rotor del generador de inducción doblemente alimentado, lo que le permite funcionar bien a velocidad sincrónica.

El convertidor puede “tomar prestada” energía de la línea para el rotor de baja velocidad, que la pasa al estator. (Figura anterior) La potencia prestada, junto con la energía del eje más grande, pasa al estator que está conectado a la línea eléctrica. El estator parece estar suministrando 130% de energía a la línea. Tenga en cuenta que el rotor “toma prestado” 30%, dejando, dejando la línea con 100% para el teórico sin pérdidas DFIG.

Calidades del motor de inducción del rotor enrollado.

Excelente par de arranque para altas cargas de inercia.
Baja corriente de arranque en comparación con el motor de inducción de jaula de ardilla.
La velocidad es variable de resistencia de más de 50% a 100% de velocidad completa.
Mayor mantenimiento de cepillos y anillos deslizantes en comparación con el motor de jaula de ardilla.
La versión de generador de la máquina de rotor enrollado se conoce como un generador de inducción de doble alimentación, una máquina de velocidad variable.