Conexión Dahlander (I): Generalidades

La conexión Dahlander permite obtener motores de inducción con dos velocidades de sincronismo distintas de relación 1:2.

Los fundamentos teóricos de las conexiones que permiten variar el número de polos en los devanados de una máquina eléctrica y, especialmente el caso del devanado Dahlander, datan de finales del siglo XIX.

En la década de los 1950 y 1960 se generalizaron los fundamentos teóricos ya desarrollados a principios de siglo.

Tras las mejoras obtenidas en el desarrollo de los devanados de las máquinas eléctricas, las máquinas con devanados Dahlander fueron utilizadas en nuevas aplicaciones gracias al desarrollo de la electrónica de potencia. En los años 1990, el uso de devanados Dahlander junto con variadores de frecuencia permitieron extender el rango de la velocidad en aplicaciones de tracción eléctrica.

En los motores Dahlander de dos velocidades, cada una de las fases está formada por dos semidevanados iguales e independientes que se pueden conectar en serie o en paralelo. La conexión entre ambos semidevanados presenta diversas alternativas, tanto para la conexión de baja como para la de alta velocidad.

Dentro de las diversas variantes posibles para la conexión de los semidevanados que componen la conexión Dahlander, las más habituales son:

a)Conexión Dahlander a par constante o triángulo-doble estrella (Δ-YY).

b)Conexión Dahlander a potencia constante o doble estrella-triángulo (YY-Δ).

c)Conexión Dahlander a par variable o estrella-doble estrella (Y-YY).

En función de la variante seleccionada, la característica mecánica -curva par-velocidad- del motor con p pares de polos evoluciona de diferente modo a la que presenta cuando está conectada con 2·p pares de polos, permitiendo un cierto margen para adaptar la curva par-velocidad del motor a la curva par-velocidad de la carga.

La característica fundamental de los devanados Dahlander es que, en el caso de baja velocidad, la corriente recorre ambos semidevanados en el mismo sentido y, tras efectuar el cambio en la conexión -alta velocidad- el sentido de la corriente en ambos grupos será opuesto. Como consecuencia directa a este hecho, para mantener el sentido de giro de la máquina al pasar de una velocidad a otra se deberán permutar dos fases.

Esta característica obliga a tomar ciertas precauciones en el circuito de control que permite el cambio de régimen de velocidad, aplicando enclavamientos eléctricos y, si es posible mecánicos, que impidan provocar cortocircuitos o inversiones de giro indeseados.

Otra de las características de los devanados Dahlander es que el bobinado es siempre de doble capa.

Dada la constitución de los devanados Dahlander, en los dos modos de funcionamiento -baja y alta velocidad- las fases tienen el mismo número de conductores totales, y generalmente se admite, que la corriente que circula por ellos en régimen permanente es la misma para facilitar los cálculos en prediseño. Por tanto, la solicitación eléctrica de la máquina es igual en ambas variantes. Sin embargo, la carga magnética a la que se ve sometida la máquina es muy distinta.

Como consecuencia, al proyectar motores Dahlander, hay que sacrificar características de diseño -al infrautilizar el material- reduciendo con ello las prestaciones que podrían obtenerse si se diseñase un motor asíncrono similar pero de una sola velocidad.

A pesar de que en la etapa de prediseño se admite que las corrientes nominales son iguales en ambas variantes, en realidad, en la configuración de alta velocidad es usual aceptar una corriente algo superior, ya que la refrigeración de la máquina es mejor y es más fácil evacuar el calor producido por las pérdidas.

Finalmente comentar que prácticamente todos los motores Dahlander son de jaula de ardilla ya que el número de polos de un devanado de jaula se adapta automáticamente al número de polos del estator.

Si se utilizase un rotor bobinado, sería necesario diseñar un devanado rotórico para dos velocidades y, al cambiar de velocidad, los devanados estatóricos y rotóricos deberían ser conmutados simultáneamente, opción que es totalmente antieconómica.