Algunas de las ventajas, como el bajo costo, el diseño robusto, menos complejo y los motores de CA fáciles de mantener, hacen que muchas de las operaciones industriales se realicen con el uso de Accionamientos de CA que los accionamientos de CC. El motor de inducción de CA es un tipo especial de motor eléctrico que tiene sus propias características y rendimiento típicos en términos de arranque, control de velocidad, protecciones, etc.

Motor de inducción de CA

El rendimiento en una amplia gama de aplicaciones fabrica motores de inducción trifásicos responsable del 85 por ciento de la capacidad instalada de los sistemas de conducción industrial. Analicemos la información básica sobre este motor y su técnica de control especial de SVPWM.

Motor de inducción de CA trifásico

El motor de inducción de CA trifásico es una máquina eléctrica giratoria diseñada para funcionar con un suministro trifásico. Este motor trifásico también se denomina motor asíncrono. Estos motores de CA son de dos tipos: Motores de inducción tipo ardilla y anillo deslizante . El principio de funcionamiento de este motor se basa en la producción de un campo magnético giratorio.

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Construcción de motor de inducción trifásico

Estos motores trifásicos constan de un estator y un rotor y entre los cuales no existe conexión eléctrica. Estos rotores y estator están construidos con el uso de materiales de núcleo de alto magnetismo para reducir la histéresis y las pérdidas por corrientes parásitas.

Construcción de motor de inducción trifásico

El marco del estator se puede construir con hierro fundido, aluminio o acero laminado. El marco del estator proporciona la protección mecánica y el soporte necesarios para el núcleo laminado del estator, los devanados y otras disposiciones de ventilación. El estator está herido con devanados trifásicos que se superponen entre sí en un cambio de fase de 120 grados encajados en laminaciones ranuradas. Los seis extremos de los tres devanados se sacan y se conectan a la caja de terminales para que estos devanados sean excitados por la alimentación principal trifásica.

Estos devanados son de alambre de cobre aislado con barniz encajado en laminaciones ranuradas aisladas. A todas las temperaturas de trabajo, este barniz impregnado permanece rígido. Estos devanados tienen una alta resistencia de aislamiento y alta resistencia a la atmósfera salina, la humedad, los vapores alcalinos, el aceite y la grasa, etc. Cualquiera que se adapte al nivel de voltaje, estos devanados se conectan en conexiones estrella o delta .

Motor de inducción de jaula de ardilla

El rotor del motor de inducción de CA trifásico es diferente para los motores de inducción de anillo deslizante y de jaula de ardilla. El rotor del tipo de anillo deslizante consta de pesadas barras de aluminio o cobre cortocircuitadas en ambos extremos del rotor cilíndrico. El eje del motor de inducción está apoyado sobre dos cojinetes en cada extremo para asegurar una rotación libre dentro del estator y reducir la fricción. Consiste en una pila de láminas de acero con ranuras espaciadas uniformemente que se perforan alrededor de su circunferencia en las que se colocan barras pesadas de aluminio o cobre sin aislamiento.

Un rotor de tipo anillo deslizante consta de devanados trifásicos que están estrellados internamente en un extremo, y los otros extremos se llevan al exterior y se conectan a los anillos deslizantes montados en el eje del rotor. Y para desarrollar un par de arranque alto, estos devanados se conectan al reóstato con la ayuda de escobillas de carbón. Esta resistencia externa o reóstato se usa solo en el período de inicio. Una vez que el motor alcanza la velocidad normal, las escobillas se cortocircuitan y el rotor bobinado funciona como un rotor de jaula de ardilla.

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Principio de funcionamiento del motor de inducción trifásico

Cuando el motor se excita con un suministro trifásico, el devanado del estator trifásico produce un campo magnético giratorio con 120 desplazamientos a una magnitud constante que gira a velocidad síncrona. Este campo magnético cambiante corta los conductores del rotor e induce una corriente en ellos de acuerdo con el principio de las leyes de inducción electromagnética de Faraday. A medida que estos conductores del rotor están en cortocircuito, la corriente comienza a fluir a través de estos conductores.
En presencia del campo magnético del estator, se colocan los conductores del rotor y, por lo tanto, de acuerdo con el principio de fuerza de Lorenz, una fuerza mecánica actúa sobre el conductor del rotor. Por tanto, todos los conductores del rotor fuerzan, es decir, la suma de las fuerzas mecánicas produce un par en el rotor que tiende a moverlo en la misma dirección del campo magnético giratorio.
La rotación de este conductor del rotor también se puede explicar por la ley de Lenz que dice que las corrientes inducidas en el rotor se oponen a la causa de su producción, aquí esta oposición es un campo magnético giratorio. Este resultado, el rotor comienza a girar en la misma dirección que el campo magnético de rotación del estator. Si la velocidad del rotor es mayor que la velocidad del estator, entonces no se inducirá corriente en el rotor porque la razón de la rotación del rotor es la velocidad relativa del rotor y los campos magnéticos del estator. Este estator y la diferencia de campo del rotor se denominan deslizamiento. Así es como un motor trifásico se denomina máquina asíncrona debido a esta diferencia de velocidad relativa entre el estator y los rotores.
Como comentamos anteriormente, la velocidad relativa entre el campo del estator y los conductores del rotor hace que el rotor gire en una dirección particular. Por tanto, para producir la rotación, la velocidad del rotor Nr siempre debe ser menor que la velocidad del campo del estator Ns, y la diferencia entre estos dos parámetros depende de la carga del motor.

La diferencia de velocidad o el deslizamiento del motor de inducción de CA se da como

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Cuando el estator está parado, Nr = 0 por lo que el deslizamiento se convierte en 1 o 100%.
Cuando Nr está a velocidad síncrona, el deslizamiento se vuelve cero, por lo que el motor nunca funciona a velocidad síncrona.
El deslizamiento en el motor de inducción trifásico desde sin carga hasta carga completa es de aproximadamente 0,1% a 3%, por eso los motores de inducción se denominan motores de velocidad constante.

Control SVPWM de motor de inducción trifásico

Más comúnmente para controlar los motores de inducción, se utilizan variadores basados en inversores PWM. En comparación con los variadores de frecuencia fija, estos Control de inmersiones PWM la magnitud del voltaje y la frecuencia de la corriente, así como el voltaje aplicado al motor de inducción. Al cambiar las señales PWM aplicadas a las puertas del interruptor de alimentación, la cantidad de energía entregada por estos variadores también se varía de modo que se logre el control de velocidad del motor de inducción trifásico.

Control SVPWM de motor de inducción trifásico por Edgefxkits.com

Se utilizan varios esquemas de modulación de ancho de pulso (PWM) para controlar accionamientos de motores trifásicos. Pero se utilizan con mayor frecuencia Sine PWM (SPWM) y vector espacial PWM (SVPWM). En comparación con SPWM, el control SVPWM proporciona un nivel más alto de voltaje fundamental y contenido de armónicos reducido. Aquí hemos dado una implementación práctica de este control SVPWM usando 8051 microcontroladores .

En el siguiente circuito, se utiliza un inversor de voltaje de tres niveles para obtener tres voltajes de salida que dependen del voltaje del bus de CC. El suministro monofásico se rectifica para suministrar energía de CC tanto al circuito del microcontrolador como a los circuitos inversores. El microcontrolador 8051 está programado para producir señales SVPWM que se envían al controlador de puerta IC.

Diagrama de bloques del control SVPWM de un motor de inducción trifásico de Edgefxkits.com

El circuito inversor comprende seis MOSFET para producir un suministro trifásico variable, por cada fase se implementan dos MOSFET. Estas puertas MOSFET están conectadas al controlador de puerta IC. Al recibir las señales PWM de los interruptores del controlador de la puerta del microcontrolador los MOSFET para que se produzca el voltaje de salida de CA variable. Por lo tanto, esta CA variable con un cambio de voltaje y frecuencia varía la velocidad del motor .

Esta es información básica sobre el motor de inducción de CA con principio de construcción y funcionamiento. Además de esto, la técnica SVPWM de controlar la velocidad del motor tiene muchas ventajas que otras técnicas PWM como vimos anteriormente. Si tienes dudas sobre el microcontrolador de programación para implementar la técnica SVPWM en él, puede contactarnos comentando a continuación.

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