Parece que los motores de inducción siempre se controlan utilizando una relación constante de voltaje sobre frecuencia. ¿Porqué es eso? Tome la curva característica de la velocidad del par de torsión clásica: la variación de la frecuencia la desplaza lateralmente, de modo que es posible arrancar la máquina y controlarla en cualquier punto de operación dentro de los límites de frecuencia y par nominal. ¿Qué ventaja da eso?
Para una máquina de CA, el flujo de espacio de aire es proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la frecuencia. (Tenga en cuenta que \ $ \ frac {V} {Hz} \ $ se puede convertir a \ $ \ frac {V} {rad / sec} \ $ que es equivalente a \ $ V \ cdot s \ $, o Volt-segundos . \ $ 1 V \ cdot s \ $ es equivalente a 1 Weber, que es la unidad para flujo magnético.)
Entonces, si mantiene una relación constante de voltaje a velocidad, mantiene un flujo de espacio de aire constante. Debido a que el torque es proporcional al flujo de espacio de aire, al mantener una relación constante \ $ \ frac {V} {Hz} \ $, esencialmente puede hacer que el torque sea independiente de la velocidad en un motor de CA. Por lo que puede mantener un par constante a velocidades muy bajas. Como dijo Andy aka, si solo reduce la frecuencia para cambiar de velocidad, su flujo aumenta y termina saturando el acero y no puede mantener un par constante.
Los núcleos magnéticos se saturan cuando la densidad de flujo alcanza un cierto límite, determinado por el material del núcleo, el tamaño y la geometría. Cuando el núcleo se satura, los devanados dejan de verse como un inductor y comienzan a verse como un cable. Esto generalmente hace que la corriente a través de los devanados se dispare dramáticamente, resultando en mayores pérdidas y posibles daños al hardware. Y como ya no hay más flujo magnético almacenado en el núcleo, no se está realizando ningún trabajo útil con esa corriente adicional. Saturar el núcleo, en general, es algo malo.
Una bobina dada alrededor de un núcleo tendrá un producto de voltio-segundo máximo; esto le indica el punto en el que el núcleo se saturará. Si el producto de voltios-segundo para un devanado fue de 10 V, podría aplicar 1V durante 10 segundos, o 10V durante 1 segundo, o 100V durante .1 segundos, y la densidad de flujo terminaría igual. (V = L di / dt, entonces si L es constante, y el producto de V y dt es constante, di también es constante). Dado que un motor es un devanado alrededor de un núcleo, el motor también tiene un límite de producto en voltios-segundo . Una vez que alcanza ese límite, tiene que invertir el voltaje y hacer fluir el núcleo en la dirección opuesta para seguir haciendo cualquier trabajo útil.
Ya que estamos aplicando una onda sinusoidal al devanado del motor, la mitad del período de esa onda sinusoidal son los segundos en nuestro producto voltio-segundo. Si la frecuencia disminuye, el período aumenta, por lo que los voltios deben bajar para mantener el producto de voltios por segundo igual. Si la frecuencia aumenta, el voltaje también puede aumentar, porque el período disminuyó. Dado que la frecuencia y el voltaje varían en la misma dirección, podemos decir que los voltios por hercio se mantienen constantes.
Por supuesto, eso es solo un límite superior. Podríamos correr menos voltios sin riesgo de saturación, y tal vez lo deseemos en algunas circunstancias.
Si la frecuencia disminuye, para una tensión de alimentación determinada, la corriente de magnetización aumenta y esto puede paralizar el motor si los núcleos de hierro comienzan a saturarse magnéticamente.
La misma historia para un transformador de potencia.
El devanado del estator del motor de inducción se enrolla en el núcleo magnético. El flujo se produce cuando la tensión sinusoidal se aplica en el terminal del estator; el flujo magnético producido en el núcleo que viaja a través del espacio de aire entre el estator y el rotor se vincula al devanado del rotor. El EMF generado en el devanado del estator es:
Eb = 4.44 ∗ Flujo ∗ Frecuencia ∗ Número de vueltas
Flujo = K * (Eb / f)
Donde, K- Constante, Eb- FEM inducida de la bobina del estator, f- frecuencia
El flujo en el espacio de aire del motor se rige por el voltaje y la frecuencia del estator. La variación en un solo parámetro conducirá a un aumento / disminución del flujo del estator que deteriora el rendimiento de un motor de inducción en términos de entrega del par nominal, ya que el par del motor es directamente proporcional al flujo. Para mantener constante el flujo magnético, el voltaje y la frecuencia aumentan / disminuyen a la misma velocidad para mantener la relación constante a fin de mantener el flujo constante. Si la relación V / f no se mantiene en un valor fijo, el flujo en el núcleo aumentaría / disminuiría por encima de la densidad de flujo diseñada nominal del motor. Sobre fluxing & Los procesos de flujo bajo tienen los siguientes efectos adversos en el rendimiento del motor.
Con una mayor densidad de flujo, el núcleo del motor puede saturarse, lo que resulta en un aumento de la temperatura & eventualmente falla del aislamiento del bobinado del motor. Por otro lado, con una densidad de flujo disminuida, la capacidad de entrega de par del motor disminuiría y, a plena carga, el motor podría dispararse con sobrecarga.
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