Métodos de control de velocidad para motores de inducción de jaula de ardilla

Restricción inherente: Velocidad síncrona

La velocidad a carga nula de un motor de inducción de jaula de ardilla es n_s = 120f / P. Bajo carga, funciona a n = n_s(1 – s). El control de velocidad significa alterar n_s (frecuencia, polos) o s (voltaje, resistencia del rotor).

1. Variador de frecuencia (VFD) — Estándar de la industria

• Principio: Convierte CA → CC → CA variable f, V (V/f constante para par constante).
• Rango: 0–100%+ de velocidad (con control vectorial sin sensor / bucle cerrado).
• Eficiencia: Alta (95–98% de eficiencia del variador).
• Características: Arranque suave, frenado regenerativo, PID, comunicaciones, seguridad (STO).
• Advertencias: Estrés dv/dt en el aislamiento del motor (use motor para inversor, filtros); corrientes en cojinetes (cojinete aislado / puesta a tierra del eje); distorsión armónica (IEEE 519).

2. Control de voltaje (Reducción de voltaje del estator)

• Método: Control de fase Triac/SCR, autotransformador, reactor.
• Efecto: Par ∝ V². Reducir V reduce el par → la velocidad cae a medida que la carga exige más desliz.
• Caso de uso: Ventilador/bomba (par cuadrático) donde velocidad reducida = par de carga reducido. No para par constante.
• Desventajas: Mala regulación de velocidad, baja eficiencia, alta corriente armónica, sobrecalentamiento del motor a baja velocidad.

3. Cambio de polos (Dahlander / Devanados de dos velocidades)

• Método: Reconfigurar las conexiones del devanado del estator (p. ej., Δ/YY) para cambiar el número de polos (p. ej., 4/8 polos → 1800/900 rpm @ 60 Hz).
• Velocidades: Discretas (típicamente ratio 2:1). Conexiones de par constante o par variable.
• Pros: Simple, robusto, sin electrónica.
• Contras: Solo 2–3 velocidades; estrés mecánico en la transición; bastidor más grande para la misma potencia.

4. Control de resistencia del rotor (Solo rotor herido — No aplica a jaula de ardilla)

No aplica a motores de jaula de ardilla. Listado por completitud: resistencias externas en el circuito del rotor (anillos colectores) aumentan el desliz. Obsoleto para nuevas instalaciones; reemplazado por VFD.

5. Variación mecánica de velocidad

• Cajas de cambios, correa/polea, VFD + caja de cambios (para alto par/baja velocidad).
• Correas de paso variable, acoplamientos fluidos (hidráulicos).

6. Emergente: Control directo de par (DTC), Convertidores matriz, VFD SiC/GaN

Respuesta más rápida, mayor eficiencia, filtros más pequeños, frecuencia de conmutación más alta.

Guía de selección

Conclusión

El VFD es la opción predeterminada para casi todo el control de velocidad moderno de motores de jaula de ardilla. Otros métodos persisten solo para nichos de costo, simplicidad o restricciones regulatorias.