Frenado de Motores

Para lograr un frenado efectivo cuando se interrumpe la alimentación de un motor, se utilizan métodos que pueden ser mecánicos o eléctricos. Dentro de los electrónicos se encuentran:

Por Contracorriente

Consiste en conmutar dos fases del motor para invertir el sentido de giro del campo rotante. Al invertir la cupla motriz, se transforma esta en una cupla frenante. Este frenado es muy violento y se debe controlar el tiempo de aplicación por la corriente circulante (efecto Joule) y para evitar que gire en sentido contrario. Debe tenerse en cuenta especialmente, la cantidad de frenados por unidad de tiempo, el calor acumulado en el proceso debe disiparse a través de un ventilador.

Frenado por Inyección de Corriente Continua

Cuando se desconecta el motor se le inyecta una corriente continua al devanado estatórico. Se genera un campo magnético constante y estático, los conductores del rotor inmersos en este campo producen una fem opuesta, circulan corrientes que producen una cupla frenante.

Motor Asíncrono Monofásico

Estructura

Es igual a la del motor trifásico, tiene un estator con sus devanados y un rotor de jaula. El devanado estatórico está distribuido en las ranuras hechas en la periferia interior del núcleo estatórico y consiste en un devanado bipo o tetrapolar.

Principio de Funcionamiento

Este devanado produce al ser recorrido por una corriente alterna, un campo magnético estático y alterno. No es giratorio. La razón por la que el rotor de un motor monofásico gira se explica mediante el teorema de Leblanc que dice que un campo magnético alterno y senoidal puede descomponerse en dos campos giratorios y constantes de valor igual a la mitad del valor máximo del campo alterno y que giran en diferentes sentidos a una velocidad igual a la pulsación del mismo. Esto se ve en el entrehierro del motor monofásico que se produce un campo magnético que genera dos cuplas motrices en diferentes sentidos, como si existieran dos campos magnéticos giratorios. Considerando por separados esos campos el funcionamiento es similar. El motor monofásico no tiene cupla de arranque porque la cupla es nula cuando el desplazamiento es igual a uno.

Arranque del Motor Monofásico

Para que el motor arranque es necesario que se lo haga girar en uno de los dos sentidos posibles. Esa cupla inicial necesaria para romper el equilibrio se la obtiene conectado el motor monofásico como bifásico. Para ello se agrega en el estator un devanado de arranque ubicado físicamente 90º eléctricos con respecto al devanado de trabajo. Estos dos arrollamientos deben ser recorridos por dos corrientes defasadas 90º en el tiempo de manera de lograr la máxima cupla de arranque. Para lograr este defase se utilizan dos métodos que son:

  1. Motor de fase partida.
  2. Motor con arranque a capacitor.

1. Motor de Fase Partida

Los dos bobinados están conectados en paralelo. Cada uno de ellos tiene una relación X/R diferente, siendo la relación X/R del campo de arranque menor que la del campo de trabajo. Esto se consigue haciendo el devanado de arranque con alambre menor de sección que el de trabajo. Ia es la corriente de arranque e It es la de trabajo. El ángulo entre las dos es el que produce la cupla de arranque. Del valor de este ángulo depende el valor de la cupla. Mediante este método el ángulo que se consigue es pequeño, lo que trae como consecuencia que la cupla de arranque también lo sea.

2. Motor con Arranque a Capacitor

En este caso se conecta en serie con el campo de arranque un capacitor. De acuerdo con el valor de este capacitor la corriente de arranque puede adelantar la tensión, con lo que el ángulo entre Ia e It se incrementa logrando de esta forma una cupla de arranque mayor que la que se consigue con el método anterior. En ambos casos el devanado de arranque se conecta una vez que el rotor tomó velocidad. Esta desconexión se realiza mediante un interruptor centrífugo o un relé de corriente.

Campo de Aplicación del Motor Monofásico

El motor monofásico tiene menor rendimiento y peor factor de potencia que el motor trifásico pero su uso está generalizado porque no siempre se dispone de un sistema trifásico de tensiones. Este es el caso de los motores para electrodomésticos y para herramientas eléctricas de pequeños talleres familiares.

Motores con Jaulas Especiales

a) Rotor con Jaula Profunda: En este caso el arranque debido a la frecuencia elevada se inducen campos magnéticos que crean una reactancia que va aumentando hacia el fondo de la barra, esto provoca que la corriente rotórica se vea obligada a circular periféricamente por la parte exterior de la jaula (mayor radio) la sección de la barra por donde circula la corriente se reduce. La resistencia de la barra aumenta, la corriente de arranque se reduce y la cupla aumenta. Cuando el rotor toma velocidad, la frecuencia disminuye, la reactancia también provocando una distribución de corriente más homogénea en toda la sección transversal de la barra. La resistencia va reduciéndose hasta un valor normal de funcionamiento, adecuado para cada velocidad y rendimiento proyectado.

b) Motor con Jaula Doble: La jaula se consigue construyendo el rotor con dos jaulas superpuestas. La exterior tendrá una resistencia elevada y la interior una baja. En el arranque esta disposición acentúa la característica de motor de jaula profunda. El par de arranque alcanza solamente 5 veces la nominal. Si a estos se los arranca en estrella y luego en triángulo la corriente se reduce hasta un 1.8 veces la nominal, como consecuencia de esto la cupla también se reduce un 75% del valor nominal de arranque.

Variación de Velocidad

El motor asíncrono posee una característica de velocidad denominada rígida. ns=60.f/p (ns: velocidad del sincrónico (campo rotante) f: frecuencia de la red p: pares de polos.

Existen dos formas de variar la velocidad:

  • Modificar la frecuencia: Mediante un convertidor electromecánico que consiste en un generador de corriente alterna movido por un motor de corriente continua. Este alternador alimenta a uno o varios motores. Si son varios todos varían de la misma manera su velocidad. Y mediante un convertidor estático, que es un dispositivo electrónico que varía la frecuencia.
  • Modificar el número de polos: Puede hacerse en un motor con el bobinado construido especialmente para este fin. La variación de la cantidad de polos se logra con una relación de 2. Por consiguiente la variación de velocidad también se produce con la misma relación. Esta modificación de la cantidad de polos se materializa con una llave especial en un rotor con doble bobinado llamado dahlander.

Variación de la Cupla Motriz

La cupla motriz se puede variar en función de la velocidad:

  • Variación de la tensión: Se utiliza en motores pequeños donde la corriente no sea muy elevada para que las pérdidas en el elemento que reduzca la tensión. Consiste en una resistencia o más comúnmente en una reactancia con varios puntos intermedios seleccionables, mediante una llave (conectados en serie con el motor). Al variar la tensión varía la cupla motriz según el cuadrado de esa variación, la variación de la cupla motriz sin la existencia de una cupla frenante produce una variación de velocidad. Es un método económico pero utilizado en motores pequeños.
  • Modificar la resistencia del rotor: El reóstato produce una variación del deslizamiento por el que se produce la cupla máxima. La modificación del deslizamiento (velocidad) es una consecuencia que se produce por la cupla normal de funcionamiento.