El aumento de la tensión de alimentación, para un motor asíncrono, ¿aumenta su velocidad?

Una característica básica de los motores asíncronos es que funcionan correctamente solo a una tensión nominal para una frecuencia y conexión nominales. Para la conexión de 240 voltios y el voltaje nominal (generalmente 50 Hz o 60 Hz), el motor debe tener solo 240 voltios aplicados. Se permite que el voltaje aplicado varíe aproximadamente un 5%, por lo que entre 228 y 252 voltios estaría bien.

Si un inversor está diseñado para controlar la velocidad del motor, debe mantener el voltaje proporcional a la frecuencia. Si el motor está diseñado para 240 voltios y 50 Hz, puede operar a 120 voltios y 25 Hz o 360 voltios y 75 Hz. La velocidad variará en proporción a la frecuencia, teniendo el voltaje poco efecto sobre la velocidad pero un efecto más significativo sobre la capacidad de corriente y par. La velocidad en RPM es igual a (120 X frecuencia/polos del motor) menos el deslizamiento. El deslizamiento a plena carga es aproximadamente el 3 % de la velocidad nominal de 50 Hz y es proporcional al par de carga.

Probablemente pueda funcionar entre 10 Hz y 75 Hz si la relación entre voltaje y frecuencia se mantiene en 240/50 = 4,8 V/Hz. Para que el motor sea capaz de producir el mismo par a todas las velocidades, será necesario aumentar un poco la relación a velocidades más bajas.

Este es un resumen básico del control de velocidad de motores asíncronos por cambio de frecuencia. No es posible presentar una teoría completa como respuesta a una pregunta aquí.

Es posible reducir la velocidad reduciendo solo el voltaje por debajo del voltaje nominal, pero ese método es muy limitado y se ve muy afectado por la naturaleza de la carga. Aumentar el voltaje por encima del voltaje nominal aumenta la velocidad solo un poco y también se ve muy afectado por la carga. Aumentar el voltaje en mucho más del 5% causará una corriente excesiva y sobrecalentará el motor.

Se agregaron detalles sobre el voltaje

El aumento de voltaje aumenta la corriente de magnetización, lo que aumenta el flujo magnético. El aumento del flujo permitirá que el motor desarrolle más torque con un deslizamiento determinado o que tenga menos deslizamiento con una carga determinada. Menos deslizamiento significa mayor velocidad de operación. En o cerca del voltaje nominal, el motor alcanza una corriente mínima para un par dado. Debido a la saturación magnética del hierro, el aumento en el flujo para un aumento dado en la corriente se reduce hasta el punto en que la corriente aumenta más rápido que el par. El aumento de corriente aumenta el calentamiento interno con poco o ningún beneficio.

El deslizamiento es directamente proporcional al par transmitido a la carga. Una vez que la carga ha sido acelerada a una velocidad de funcionamiento estable, el par transmitido a la carga es el par necesario para impulsar la carga a esa velocidad. Dado que el deslizamiento a plena carga de un motor de inducción de diseño normal es aproximadamente el 3 % de la velocidad nominal, la velocidad del motor solo cambia aproximadamente un 3 % entre sin carga y con plena carga. El punto de funcionamiento estable es el punto en el que la curva de demanda de velocidad frente a par de la carga cruza la curva de capacidad de velocidad frente a par del motor. El resultado de cualquier cambio en la curva del motor está influenciado por la magnitud y la pendiente de la curva de carga.

Aumento de la velocidad con un VFD

La mayoría de los variadores de frecuencia (VFD) vienen configurados de fábrica con la salida máxima establecida en la frecuencia de alimentación de la región donde se venden. Sin embargo, la mayoría tiene ajustes de configuración que permiten aumentar la frecuencia máxima.

En este caso, el motor se puede conectar a 240 o 480 voltios y se supone que la frecuencia nominal del motor es de 60 Hz. Hay dos voltajes de suministro disponibles, 380 y 470. Los VFD normalmente no tienen una función de aumento de voltaje interno, por lo que supondremos que el voltaje de salida máximo está limitado al voltaje de entrada. Supongamos primero que el VFD está configurado para una salida de 50 Hz y se desea operar a la velocidad de 60 Hz sin disminuir la capacidad de torsión. Para hacer eso, conecte el suministro de 470 voltios al VFD y conecte el motor a 480 voltios. Configure el VFD para uso normal con un motor de 480 voltios y 60 Hz. El voltaje de entrada es un 2 % bajo, pero el motor y el variador de frecuencia deberían poder tolerarlo sin dificultad.

Hay otras alternativas. La frecuencia máxima podría extenderse por encima de 60 Hz con voltaje de salida constante. Eso daría como resultado que la capacidad de torsión disminuya a medida que aumenta la velocidad. La capacidad de par seguiría una curva de potencia constante hasta aproximadamente 90 Hz. Por encima de eso, el par se limitaría aún más.

Si la clasificación de corriente de salida del VFD es suficiente para suministrar la corriente del motor requerida para la conexión de 240 voltios, hay otras alternativas que usan esa conexión del motor.