Regulador de inducción

Un regulador de inducción es una máquina eléctrica de corriente alterna , similar a un motor de inducción , que proporciona una tensión de salida continuamente variable . El regulador de inducción fue uno de los primeros dispositivos utilizados para controlar la tensión en las redes eléctricas. Desde la década de 1930, ha sido sustituido en las aplicaciones de redes de distribución por el transformador de derivación . Su uso se limita actualmente a laboratorios eléctricos, procesos electroquímicos y soldadura por arco . Con pequeñas variaciones, puede utilizarse como transformador de potencia con desfase .

Un regulador de inducción monofásico cuenta con un devanado de excitación (primario), conectado a la tensión de alimentación, enrollado sobre un núcleo magnético giratorio. El devanado secundario, fijo, está conectado en serie con el circuito que se desea regular. Al girar el devanado de excitación 180 grados, la tensión inducida en el devanado en serie cambia de sumarse a la tensión de alimentación a oponerse a ella. Mediante la selección de la relación entre el número de espiras de los devanados de excitación y en serie, se puede ajustar el rango de tensión, por ejemplo, en un ±20 % de la tensión de alimentación.

El regulador de inducción trifásico puede considerarse un motor de inducción bobinado . El rotor no puede girar libremente y su movimiento se controla mecánicamente mediante un engranaje helicoidal . El resto de la construcción del regulador sigue la de un motor de inducción de rotor bobinado , con un estator trifásico ranurado y un rotor trifásico bobinado. Dado que el rotor no puede girar más de 180 grados, sus conductores se pueden conectar mecánicamente al circuito externo mediante cables flexibles. Si el bobinado del estator es bipolar, al girar el rotor 180 grados se produce un cambio de fase de 180 grados en la tensión inducida. Un bobinado tetrapolar requiere solo 90 grados de movimiento físico para producir un cambio de fase de 180 grados.

Dado que la interacción de los campos magnéticos genera un par motor, el elemento móvil se sujeta mediante un mecanismo como un engranaje helicoidal . El rotor puede girarse mediante un volante acoplado a la máquina, o bien se puede utilizar un motor eléctrico para ajustar su posición de forma remota o automática.

Dependiendo de la aplicación, la relación entre el número de vueltas del rotor y el estator puede variar.

Dado que el regulador monofásico solo modifica el flujo magnético entre los devanados de excitación y serie, no introduce un desfase entre la tensión de alimentación y la tensión de carga. Sin embargo, la posición variable del elemento móvil en el regulador trifásico sí genera un desfase. Esto puede ser problemático si el circuito de carga se conecta a más de una fuente de alimentación, ya que circularán corrientes debido al desfase.

Si los terminales del rotor están conectados a una red eléctrica trifásica , se generará un campo magnético giratorio en el núcleo magnético . El flujo resultante producirá una fuerza electromotriz (fem) en los devanados del estator, con la particularidad de que si el rotor y el estator están físicamente desfasados ​​un ángulo α, el desfase eléctrico de ambos devanados también será α. Considerando únicamente el armónico fundamental e ignorando el desfase, se cumple la siguiente ecuación:

${\displaystyle {\frac {U_{estator}}{U_{rotor}}}={\frac {\xi _{estator}N_{estator}}{\xi _{rotor}N_{rotor}}}}$

Donde ξ es el factor de bobinado , una constante relacionada con la construcción de los bobinados.

Si el devanado del estator está conectado a la fase primaria, la tensión total vista desde el neutro (N) será la suma de las tensiones en ambos devanados, rotor y estator. Al traducir esto a fasores eléctricos , ambos fasores están conectados. Existe un desplazamiento angular α entre ellos. Dado que α puede elegirse libremente entre [0, π], ambos fasores pueden sumarse o restarse, por lo que se pueden obtener todos los valores intermedios. El primario y el secundario no están aislados. Además, la relación de las magnitudes de las tensiones entre el rotor y el estator es constante; la tensión resultante varía debido al desplazamiento angular de la tensión inducida en el devanado en serie.

La tensión de salida se puede regular de forma continua dentro del rango nominal. Esto supone una clara ventaja frente a los transformadores con tomas, donde la tensión de salida presenta valores discretos. Además, la tensión se puede regular fácilmente en condiciones de funcionamiento.

En comparación con los transformadores con derivaciones, los reguladores de inducción son caros, tienen menor eficiencia, altas corrientes en circuito abierto (debido al entrehierro) y un voltaje limitado a menos de 20 kV.

Un regulador de inducción para redes eléctricas suele diseñarse con una tensión nominal de 14 kV y una regulación de ±(10-15)%, pero su uso ha disminuido. Actualmente, sus principales aplicaciones se encuentran en laboratorios eléctricos y soldadura por arco .

• transformador de frecuencia variable

• Arnold, Archibald (1946). El ingeniero eléctrico moderno, volumen II, cuarta edición . The Caxton Publishing Company, Limited. págs. 163–166 . 
• Houston, Edwin J. (1902). Tipos recientes de maquinaria dinamoeléctrica . PF Collier and Son. págs. 564–567 . 

• Fink, Donald G. (1978). Manual estándar para ingenieros eléctricos, undécima edición . McGraw-Hill . págs. 10.94 – 10.95 . ISBN  0-07-020974-X.