Método de Cambio de Polos

Método de Cambio de Polos para el Control de Velocidad del Motor de Inducción

El método de cambio de polos se destaca como una de las principales técnicas para regular la velocidad de un motor de inducción. Este enfoque para el control de velocidad a través del cambio de polos se aplica principalmente a motores jaula. La razón radica en la característica única del rotor de jaula, que genera automáticamente un número de polos que coincide exactamente con el número de polos en el devanado del estator.

Existen tres métodos principales por los cuales se puede alterar el número de polos del estator:

• Devanados múltiples del estator

• Método de polos consecuentes

• Modulación de amplitud de polos (PAM)

Cada uno de estos métodos de cambio de polos se explica en detalle a continuación:

Devanados Múltiples del Estator

En el método de devanados múltiples del estator, se instalan dos devanados distintos en el estator, cada uno diseñado para crear un número diferente de polos. Solo uno de estos devanados está alimentado en cualquier momento dado. Por ejemplo, considere un motor equipado con dos devanados diseñados para configuraciones de 6 y 4 polos. Con una frecuencia de suministro eléctrico de 50 hertz, las velocidades sincrónicas correspondientes para estos números de polos serían 1000 revoluciones por minuto y 1500 revoluciones por minuto, respectivamente. Sin embargo, este método de control de velocidad tiene sus desventajas; es menos eficiente energéticamente y generalmente más costoso de implementar en comparación con otras técnicas.

Método de Polos Consecuentes

El método de polos consecuentes implica dividir un solo devanado del estator en varios grupos de bobinas, con los terminales de cada grupo sacados para conexión externa. Al simplemente reconfigurar las conexiones entre estos grupos de bobinas, se puede cambiar efectivamente el número de polos. En aplicaciones prácticas, los devanados del estator suelen dividirse en solo dos grupos de bobinas, lo que permite un cambio en el número de polos en una relación de 2:1.

La siguiente figura ilustra una fase única de un devanado del estator que consta de 4 bobinas. Estas bobinas se dividen en dos grupos, etiquetados como a - b y c - d.

El grupo de bobinas a - b está compuesto por un número impar de bobinas, específicamente las bobinas 1 y 3, mientras que el grupo de bobinas c - d contiene un número par de bobinas, a saber, las bobinas 2 y 4. Estas dos bobinas dentro de cada grupo están conectadas en serie. Como se muestra en la figura anterior, los terminales a, b, c y d se sacan para conexiones externas.

El flujo de corriente a través de estas bobinas puede controlarse conectando los grupos de bobinas en serie o en paralelo, como se ilustra en la figura a continuación. Esta disposición estratégica de las conexiones permite manipular el campo magnético generado por los devanados del estator, lo que a su vez juega un papel crucial en la alteración del número de polos y, por lo tanto, en la regulación de la velocidad del motor de inducción.

En un sistema eléctrico de 50 hertz, cuando la configuración del devanado del estator resulta en un total de cuatro polos, la velocidad de rotación correspondiente del motor de inducción es de 1500 revoluciones por minuto (rpm).

Como se muestra en la figura a continuación, cuando la dirección de la corriente que fluye a través de las bobinas del grupo a - b se invierte, ocurre un cambio significativo en el campo magnético generado por los devanados del estator. Bajo esta nueva condición, todas las bobinas dentro del devanado producirán polos norte (N). Esta alteración en la configuración de los polos afecta directamente la velocidad y las características operativas del motor, formando un principio clave en el método de cambio de polos para el control de velocidad de los motores de inducción.

Principios de Cambio de Polos y Técnica PAM

Para que el circuito magnético se complete, el flujo magnético del grupo de polos debe atravesar el espacio entre los grupos de polos. Como resultado, se induce un polo magnético de polaridad opuesta, un polo S. Estos polos inducidos se denominan polos consecuentes. Consecuentemente, el número de polos en la máquina se duplica desde su recuento original (por ejemplo, aumentando de 4 a 8 polos), y la velocidad sincrónica se reduce a la mitad (disminuyendo de 1500 rpm a 750 rpm).

Este principio puede aplicarse a todas las tres fases de un motor de inducción. Al seleccionar cuidadosamente combinaciones de conexiones en serie y en paralelo para los grupos de bobinas dentro de cada fase, y al elegir conexiones apropiadas en estrella o delta entre las fases, es posible lograr cambios de velocidad manteniendo un par constante, operación a potencia constante, o permitiendo operación con par variable.

Técnica de Modulación de Amplitud de Polos (PAM)

La modulación de amplitud de polos ofrece un enfoque altamente adaptable para el cambio de polos. A diferencia de algunos métodos tradicionales que logran principalmente una relación de velocidad de 2:1, la PAM puede utilizarse en escenarios donde se necesitan diferentes relaciones de velocidad. Los motores especialmente diseñados para ajustes de velocidad utilizando el esquema de modulación de amplitud de polos se llaman motores PAM. Estos motores proporcionan mayor flexibilidad en el control de velocidad, haciéndolos adecuados para una amplia gama de aplicaciones donde se requiere un control de velocidad preciso y variado.