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¿Alguna vez has oído hablar de la transformación mágica de un motor de inducción? ¿Cómo puede alternar libremente entre generar electricidad y energía eléctrica?
Un motor de inducción, también conocido como generador asíncrono, es un generador eléctrico de corriente alterna (CA) que utiliza los principios de un motor de inducción para generar electricidad. El principio de funcionamiento de este generador es único. La velocidad de su rotor debe exceder la velocidad sincrónica para generar electricidad. En pocas palabras, un motor de inducción de CA normal se puede utilizar como generador sin modificaciones internas.
Los generadores de inducción tienen un diseño relativamente simple, por lo que se utilizan ampliamente en pequeñas centrales hidroeléctricas, turbinas eólicas o para reducir el flujo de aire de alta presión a baja presión.
El funcionamiento de un generador de inducción se basa en un concepto central: cuando la velocidad del rotor excede la velocidad sincrónica, el generador de inducción comienza a generar corriente eléctrica. Esta diferencia de velocidad se llama "deslizamiento" y generalmente se expresa como porcentaje de la velocidad sincrónica. Cuando este generador funciona a la velocidad adecuada, puede entregar una cantidad útil de electricidad.
Cómo funciona
El funcionamiento principal de un generador de inducción es que cuando su rotor se acciona mecánicamente más rápido que la velocidad síncrona, produce una corriente eléctrica. Tomando como ejemplo un motor de cuatro polos, este motor tiene una velocidad síncrona de 1800 revoluciones por minuto bajo una fuente de alimentación de 60 Hz. Y 450 Hz son 1500 revoluciones por minuto. Cuando el rotor funciona a 1450 RPM, su deslizamiento es +3,3% en relación con la velocidad sincrónica de 1500 RPM. Tal estado operativo hace que el campo magnético del estator del motor induzca corriente y accione aún más el rotor.
Cuando la velocidad del rotor aumenta por encima de la velocidad sincrónica, el generador puede proporcionar energía real al sistema eléctrico, un proceso que depende en gran medida de una fuente de accionamiento externa, como una turbina o un motor.
Estimular la demanda
Tanto los motores de inducción como los generadores requieren una fuente de energía externa para excitar los devanados del estator y generar un campo magnético giratorio. Esto dirige la corriente a través del rotor de inducción, permitiendo que el generador funcione correctamente. Ya sea en modo de generación de energía o como motor, la máquina de inducción consume potencia reactiva, por lo que es indispensable una fuente de excitación externa.
Electricidad activa y electricidad reactiva
La potencia activa de un generador de inducción está fuertemente relacionada con la cantidad de deslizamiento. Cuando la velocidad del rotor aumenta por encima de 1800 RPM, o incluso 1860 RPM, el generador puede generar plena potencia. Si la fuente activa no proporciona suficiente fuerza motriz, las RPM permanecerán en algún punto dentro de este rango.
El límite del generador de inducción está limitado por la corriente nominal del devanado del generador, y la demanda de potencia reactiva del generador también será diferente bajo diferentes condiciones.
Conexiones a red y sistemas independientes
Los generadores de inducción requieren un condensador para proporcionar la potencia reactiva necesaria cuando se conectan a un sistema de generación de energía independiente. Cuando se conecta a la red, recibe potencia reactiva de la red para mantener el espacio electromagnético que requiere. Para un sistema conectado a la red, la frecuencia y el voltaje variarán según el tamaño de la red, funcionando de una manera más sencilla que un sistema independiente.
Ámbito de aplicación
Los generadores de inducción son populares por su capacidad de producir electricidad práctica a diferentes velocidades de rotación, particularmente en instalaciones eólicas y microhidráulicas. La estructura mecánica de este tipo de generador es sencilla y duradera, no necesita escobillas ni conmutadores, por lo que sus necesidades de mantenimiento son bajas.
Aunque los generadores de inducción tienen diversas aplicaciones potenciales, sus deficiencias no se pueden ignorar, especialmente cuando la carga es demasiado alta, el sistema no podrá continuar generando electricidad.
Ejemplos
Tome como ejemplo un motor de inducción trifásico de 10 caballos de fuerza, 1760 rpm y 440 voltios. Su corriente de carga completa es de 10 amperios, por lo que la capacitancia requerida para arrancarlo es de 1523 VAR por fase. Sin embargo, si la carga es demasiado grande, se debe expandir el capacitor para garantizar el funcionamiento normal del generador.
Con la promoción de la tecnología de energía renovable, el potencial de las aplicaciones de motores de inducción y las necesidades cambiantes demuestran las oportunidades y desafíos para su desarrollo futuro. Y la forma en que esta tecnología se utiliza y desarrolla de manera flexible puede eventualmente convertirse en un factor clave para mejorar nuestra eficiencia energética. ¿Inspirará esto más innovación?
