El principio de la máquina de inducción y el deslizamiento
¿Qué pasa con el par si el rotor alcanza la velocidad síncrona?
Solo cuando hay movimiento relativo, con el campo giratorio dorado barriendo los conductores azules del rotor, se induce corriente en ellos y aparece par. Al llevar con el control la velocidad del rotor hacia la velocidad síncrona (1800 rpm), el movimiento relativo se reduce y la inducción también; abajo puedes elegir primero qué hace el par justo en el momento en que el rotor alcanza exactamente la velocidad síncrona. Esa respuesta y su porqué son la pregunta de esta lección.
La inducción necesita movimiento relativo
Cuando el campo giratorio barre conductores del rotor que están parados o giran más despacio, los conductores cortan flujo y adquieren una fem (Faraday). Por los conductores en cortocircuito del rotor circula corriente, y esta corriente sufre una fuerza en el campo giratorio (F = BIl) que arrastra al rotor en el sentido en que gira el campo. Según la ley de Lenz, la fuerza que crea la corriente inducida actúa para reducir el movimiento relativo que la causa, así que el rotor acelera en el mismo sentido que el campo. Un rotor cuyos conductores son barras de aluminio unidas por anillos en ambos extremos se parece a una jaula de ardilla, de ahí el nombre de rotor de jaula de ardilla.
La velocidad síncrona es la liebre inalcanzable
Cuanto más acelera el rotor, menor es su movimiento relativo respecto al campo giratorio, los conductores cortan flujo más despacio y la corriente inducida y el par bajan juntos. Si el rotor alcanza la velocidad síncrona, el movimiento relativo vale 0 y la fem, la corriente y el par valen 0; en ese instante el rotor no vence el rozamiento ni la carga, se frena de nuevo y el movimiento relativo y el par vuelven. Así, cuando funciona como motor, el rotor se equilibra siempre a una velocidad un poco inferior a la síncrona, y por eso a la máquina de inducción se la llama máquina asíncrona. Al revés, si desde fuera se hace girar el rotor más rápido que la velocidad síncrona, el deslizamiento se vuelve negativo y la máquina entrega potencia como generador de inducción, un esquema que usan algunos aerogeneradores.
El deslizamiento lo mide todo
Cuánto se retrasa el rotor se mide con el deslizamiento s = (Ns - N)/Ns. Parado, s = 1, y a la velocidad síncrona, s = 0. La frecuencia del flujo que ven los conductores del rotor, la frecuencia de deslizamiento, es f2 = s·f, y la fem y la reactancia inducidas en el rotor también son proporcionales al deslizamiento. En el instante del arranque s = 1, así que la frecuencia del rotor es igual a la de la red, mientras que en marcha normal el deslizamiento suele ser de unos pocos por ciento y la frecuencia del rotor es baja, de unos pocos hercios. El deslizamiento por sí solo fija el estado eléctrico de la máquina de inducción.
De vuelta a la primera pantalla
Cuando el rotor alcanza la velocidad síncrona, el par se hace 0. La inducción nace del movimiento relativo del campo giratorio barriendo los conductores del rotor, y a la velocidad síncrona ese movimiento relativo desaparece. Si los conductores no pueden cortar flujo, no hay fem, ni corriente, ni par; sin par el rotor no vence ni siquiera el rozamiento y se frena de nuevo, y entonces vuelve el movimiento relativo y con él el par. Así, el rotor nunca alcanza la velocidad síncrona y se equilibra siempre detrás de ella, en el deslizamiento s = (Ns - N)/Ns. El deslizamiento es el precio que paga la máquina de inducción por producir par.
El deslizamiento es el asa para analizar la máquina. Como la FEM y la reactancia del circuito del rotor llevan el deslizamiento, tratarlo como variable permite plegar el rotor, visto desde el estátor, en un solo circuito equivalente. La clave es escribir la resistencia del rotor como R2/s: este único término contiene tanto la pérdida eléctrica real como la potencia mecánica que entrega el rotor. La próxima unidad construye ese circuito equivalente (MC-C3).