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1. El generador de inducción
autoexcitado
1.1 Introducción
De entre las diversos tipos de motores eléctricos, utilizados habitualmente en el
sector industrial y en grandes infraestructuras públicas, destaca la opción
representada por la máquina de inducción trifásica con el rotor en jaula de
ardilla. Esto es debido a su gran robustez, buena relación potencia-volumen,
existencia de una amplia gama de potencias, simplicidad en su construcción, y
precio más reducido que otros tipos de motores de características similares.
Además en numerosas aplicaciones no es necesario realizar ninguna acción de
control sobre la corriente o la velocidad de giro del motor de inducción; por lo
que únicamente basta con alimentarlo directamente de la red eléctrica. A
diferencia de lo que ocurre con otros tipos de motores en que es imprescindible
el uso de un convertidor electrónico para su accionamiento: como es el caso de
los motores brushless y de reluctancia conmutada. Lo que justifica aún más que
el motor asíncrono de jaula de ardilla sea la opción más económica y simple de
instalar en gran número de aplicaciones. Pero además, y cada vez con mayor
frecuencia, este tipo de máquina también encuentra cabida en los sistemas de
generación de energía eléctrica (aunque generalmente en potencias inferiores a
100 kW), tanto en el modo de operación aislado de la red eléctrica como en el de
generación distribuida.
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1.2 La máquina de inducción trifásica
De forma breve, y a modo de repaso, cabe destacar que en una máquina
eléctrica rotativa, del tipo inducción trifásica [1], tanto el estator como el rotor
están constituidos por un apilado de chapas magnéticas en una disposición
cilíndrica coaxial.
El campo inductor en este tipo de máquina se obtiene a partir de las corrientes
que circulan por unos devanados que están distribuidos por las ranuras del
estator. Dichos devanados están interconectados formando tres grupos de
bobinas; que tienen sus correspondientes seis terminales accesibles desde una
caja de bornes. En estos bornes se pueden realizar dos tipos de conexiones
(estrella -Y- o triángulo -∆-). Mientras que en el devanado rotórico, para el caso
de jaula de ardilla, los conductores por los que circulan las corrientes inducidas
están constituidos generalmente por barras de aluminio, y tienen sus extremos
cortocircuitados por dos anillos del mismo material que las barras (Figura 1.1).
Figura 1.1. Máquina de inducción trifásica con el rotor de jaula de arilla.
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El generador de inducción autoexcitado
El campo magnético inductor creado por los devanados del estator del motor
trifásico es giratorio y se mueve a una velocidad denominada síncrona (ns). La
cual viene fijada por la frecuencia (f) de la corriente alterna del sistema de
alimentación y por el número de pares de polos (p) de la máquina de inducción.
ns =
60 f
p
(1.1)
Sin embargo el rotor del motor asíncrono gira a una velocidad (n) inferior a la de
sincronismo. La diferencia entre estas velocidades queda cuantificada mediante
una magnitud denominada deslizamiento (s).
s=
ns − n
ns
(1.2)
El valor del deslizamiento en la máquina de inducción aumenta con la demanda
de la carga acoplada al eje del motor. Normalmente para este tipo de máquina,
funcionando a plena carga, el deslizamiento no supera el 6 %.
Cabe indicar también que si a una máquina de inducción, que está conectada a
un sistema de alimentación trifásico y funcionando como motor, se le hace girar
al rotor por encima de la velocidad de sincronismo se consigue que esta
máquina eléctrica pueda transferir al sistema de alimentación cierto valor de
potencia activa. Se dice entonces que ésta funciona como generador. En estas
condiciones, donde el deslizamiento es negativo, conforme el sistema motriz
aumenta el par mecánico aplicado al eje de la máquina de inducción, se tiene un
incremento de la potencia activa producida y un ligero aumento de la velocidad
de giro del rotor (Figura 1.2). Mientras que la frecuencia de la corriente alterna
inyectada viene fijada por la red eléctrica, ya que ésta es de una potencia muy
superior. Este comportamiento del generador se ve modificado si se supera el
valor de par máximo (Γmax), entonces la máquina pasa a operar en la zona de
funcionamiento inestable, lo que repercute en una reducción de la potencia
transferida y en un aumento de la velocidad de giro que puede resultar excesiva
para la parte mecánica del sistema.
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A su vez, la potencia reactiva que consume esta máquina de inducción, debida
fundamentalmente a la creación del campo magnético, la continúa absorbiendo
de la línea de alimentación. Para compensar la citada componente inductiva se
puede añadir en paralelo con el generador de inducción una batería de
condensadores. En este caso, para el dimensionado de su capacidad y
selección de la interconexión (Y/∆), se debe tener en cuenta la potencia reactiva
considerada y la tensión de la línea trifásica (Figura 1.3).
Γ
Motor
0
ns
Generador
Γmax
Figura 1.2. Curva característica par-velocidad
de una máquina de inducción.
n
Máquina
motriz
Máquina
de inducción
.
Red eléctrica
Condensadores
Figura 1.3. Máquina de inducción funcionando como
generador conectado a la red eléctrica.
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