Métodos de arranque de motores de inducción de rotor bobinado
Los motores eléctricos -máquinas que transforman la electricidad en energía mecánica- son omnipresentes en el mundo de la ingeniería. Son la piedra angular de obras de ingeniería como ascensores, bombas e incluso vehículos eléctricos, gracias a la capacidad de aprovechar el efecto de inducción electromagnética. Los llamados motores de inducción utilizan la corriente alterna y el electromagnetismo para generar movimiento de rotación y se presentan en muchas configuraciones. Un tipo especial de motor de inducción de CA, conocido como motor de rotor bobinado, será el tema principal de este artículo. Aunque sólo se utilizan en escenarios especiales, estos motores tienen una clara ventaja sobre otras opciones populares (jaula de ardilla, motores síncronos, etc.) debido a sus características únicas. Se explorará la anatomía y el funcionamiento de estos motores, así como las características específicas que los hacen tan vitales para aplicaciones en las que no se pueden implementar otros motores de inducción más populares.
Los motores de rotor bobinado son un tipo especializado de motor de CA y funcionan de forma muy parecida a otros motores de inducción. Constan de dos componentes principales, el estator exterior y el rotor interior, que están separados por un pequeño espacio de aire. El estator es generalmente el mismo en todos los motores de inducción, y consiste en láminas de metal que mantienen los devanados de alambre de cobre o aluminio en su lugar. Hay tres bobinas separadas en el estator, que son alimentadas por una corriente alterna trifásica, lo que significa simplemente que cada una es alimentada por una corriente alterna separada. Esto no siempre es así, ya que algunos motores son monofásicos, pero los motores de rotor bobinado suelen ser siempre trifásicos. No obstante, estas tres fases generan un campo magnético que se desplaza con las corrientes alternas. Esto crea un campo magnético giratorio (RMF), que actúa sobre el rotor. En los motores de rotor bobinado, el rotor está “enrollado” con cables similares a los del estator, con sus extremos terminales conectados a 3 anillos rozantes en el eje de salida. Estos anillos rozantes están unidos a escobillas y bancos de resistencias de potencia variable, donde los operadores pueden cambiar la velocidad del motor variando la resistencia a través de las bobinas del rotor. Estos anillos rozantes permiten controlar la velocidad y el par y son la característica que define a los motores de rotor bobinado (también es la razón por la que estos motores se denominan a menudo motores de “anillos rozantes”).
Motor síncrono de rotor bobinado
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Un motor de rotor bobinado, también conocido como motor de rotor de anillo deslizante, es un tipo de motor de inducción en el que los devanados del rotor están conectados a través de anillos deslizantes a una resistencia externa. El ajuste de la resistencia permite controlar la característica de velocidad/par del motor. Los motores de rotor bobinado pueden arrancarse con una corriente de arranque baja, insertando una resistencia alta en el circuito del rotor; a medida que el motor se acelera, la resistencia puede disminuirse[1].
En comparación con un rotor de jaula de ardilla, el rotor del motor de anillo deslizante tiene más vueltas de bobinado; la tensión inducida es entonces mayor, y la corriente menor, que en el caso de un rotor de jaula de ardilla. Durante el arranque, un rotor típico tiene 3 polos conectados al anillo colector. Cada polo está conectado en serie con una resistencia de potencia variable. Cuando el motor alcanza la velocidad máxima, los polos del rotor se ponen en cortocircuito. Durante el arranque, las resistencias reducen la intensidad de campo en el estator. Como resultado, se reduce la corriente de arranque. Otra ventaja importante sobre los motores de jaula de ardilla es el mayor par de arranque.
Generador de inducción de rotor bobinado
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Un motor de rotor bobinado, también conocido como motor de rotor de anillo deslizante, es un tipo de motor de inducción en el que los devanados del rotor están conectados a través de anillos deslizantes a una resistencia externa. El ajuste de la resistencia permite controlar la característica de velocidad/par del motor. Los motores de rotor bobinado pueden arrancarse con una corriente de arranque baja, insertando una resistencia alta en el circuito del rotor; a medida que el motor se acelera, la resistencia puede disminuirse[1].
En comparación con un rotor de jaula de ardilla, el rotor del motor de anillo deslizante tiene más vueltas de bobinado; la tensión inducida es entonces mayor, y la corriente menor, que en el caso de un rotor de jaula de ardilla. Durante el arranque, un rotor típico tiene 3 polos conectados al anillo colector. Cada polo está conectado en serie con una resistencia de potencia variable. Cuando el motor alcanza la velocidad máxima, los polos del rotor se ponen en cortocircuito. Durante el arranque, las resistencias reducen la intensidad de campo en el estator. Como resultado, se reduce la corriente de arranque. Otra ventaja importante sobre los motores de jaula de ardilla es el mayor par de arranque.
Rotor del motor trifásico
Los grandes motores de inducción de rotor bobinado (WRIM) se han utilizado en algunas industrias durante décadas. En las industrias del cemento y la minería, los WRIM de gran potencia se utilizan en grandes molinos, donde tienen la ventaja de contar con características de arranque controlado y capacidad de velocidad ajustable. Estos motores también se utilizan en grandes bombas de la industria del agua y los residuos.
Un WRIM tiene un estator bobinado trifásico que suele estar conectado directamente al sistema de alimentación. El rotor tiene un devanado trifásico, con los tres terminales conectados a anillos rozantes separados, que normalmente están conectados a un reóstato líquido o a un banco de resistencias. El reóstato se utiliza para el arranque y puede desconectarse una vez que el motor alcanza la velocidad. Cambiando la resistencia del rotor con el reóstato, se puede modificar la velocidad del motor. En el pasado, la potencia disipada en el reóstato se perdía en forma de calor; sin embargo, al utilizar un variador de velocidad en lugar del reóstato, la potencia de deslizamiento puede recuperarse y devolverse a la red eléctrica, ahorrando así energía. Además, al utilizar el variador para aumentar la potencia extraída del rotor, se puede reducir la velocidad del motor. Además, al introducir la potencia en el rotor a través del accionamiento, el motor puede funcionar por encima de la velocidad de sincronización. La velocidad, por supuesto, debe estar dentro de los límites de diseño del motor.