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Un equipo de mantenimiento reemplaza un motor de bomba de 15 kW atascado con lo que había en el almacén, y la unidad que entra es a prueba de fuego: más pesada, aproximadamente tres veces el precio de una máquina estándar y certificada para un área que no está clasificada. Se atornilla directamente a la misma brida, por lo que nadie cuestiona el costo hasta la próxima revisión de adquisiciones.
El error es fácil de cometer. El "motor asíncrono" no es un producto; es una familia de máquinas que comparten un mismo principio de funcionamiento. El rotor gira ligeramente más lento que el campo magnético giratorio, esa diferencia de velocidad es el deslizamiento, y el deslizamiento induce corriente en el rotor y produce par. Todo lo demás (precio, comportamiento de arranque, velocidad, cumplimiento) proviene de cómo se construye la máquina en torno a ese principio.
Así que aquí está la respuesta desde el principio. Los motores asíncronos industriales se clasifican según seis ejes: construcción del rotor, fase de suministro, clase de eficiencia, número de polos, clasificación de envolvente y entorno, y características específicas de la aplicación, como frenado, servicio de velocidad variable, operación de múltiples velocidades y protección contra explosiones. Coloca esos seis y la placa de identificación se escribe sola.
Contenido
El resto de este artículo los analiza uno a la vez, porque en la práctica un error de especificación en cualquier eje es suficiente para hacer retroceder el motor.
El rotor es la primera y más grande bifurcación del camino. Un rotor de jaula de ardilla es una pila de laminaciones con barras de aluminio o cobre atravesándolas, cortocircuitadas en ambos extremos por anillos de extremo. No hay cepillos, ni anillos colectores ni nada eléctrico que se desgaste, razón por la cual este tipo domina la industria en general: bombas, ventiladores, transportadores, compresores y máquinas herramienta.
Un motor de rotor bobinado lleva un devanado trifásico completo en el rotor y lo saca a través de anillos colectores, de modo que se puede conectar una resistencia externa durante el arranque. Esto produce un alto par de arranque con una corriente controlada, razón por la cual las máquinas de anillos colectores todavía aparecen en grúas, trituradoras, molinos y transportadores largos y pesados. La compensación es real: cepillos que inspeccionar, anillos colectores que limpiar, un marco más grande y un precio de compra más alto.
Si primero desea conocer la teoría subyacente, nuestro explicador sobre ¿Qué es realmente un motor asíncrono trifásico? camina por el campo giratorio y se desliza en un lenguaje sencillo.
| Característica | jaula de ardilla | Rotor bobinado (anillo colector) |
|---|---|---|
| Diseño de rotores | Barras en cortocircuito por anillos terminales. | Devanado trifásico con anillos colectores y escobillas. |
| Par de arranque | Moderado, normalmente alrededor del doble del par a plena carga | Alto y sintonizable mediante resistencia externa |
| Corriente inicial | Aproximadamente de seis a ocho veces la corriente nominal en arranque directo | Puede mantenerse cerca de la corriente nominal |
| Mantenimiento | Solo rodamientos | Se añaden cepillos y anillos colectores a los rodamientos. |
| Deber típico | Bombas, ventiladores, transportadores, máquinas herramienta. | Grúas, trituradoras, molinos, transportadores pesados. |
Casi todos los motores descritos en este artículo siguen el mismo diseño: un núcleo de estator laminado presionado en un marco con aletas, un devanado trifásico ubicado en las ranuras del estator, un rotor de jaula de ardilla en el eje y una caja de terminales en la parte superior del marco.
Dos detalles en ese cuadro deciden la mayoría de los argumentos de selección. El entrehierro entre el estator y el rotor está muy por debajo de un milímetro en un bastidor de 160, por lo que el desgaste de los cojinetes, la desviación del eje o un acoplamiento desalineado pueden cerrarlo y destruir el motor en minutos. Y como el rotor no tiene conexión eléctrica con el exterior, las únicas piezas que normalmente se desgastan son los cojinetes.
Los motores asíncronos monofásicos tienen arranque limitado. En una fase de alimentación no hay campo giratorio, por lo que es necesario crearlo con un segundo devanado, un condensador o un anillo de protección. Los tipos comunes son de fase dividida, de arranque por capacitor, de arranque por capacitor y de funcionamiento por capacitor, capacitor dividido permanente (PSC) y de polo sombreado. El arranque por condensador ofrece el mejor par de arranque, el PSC funciona de manera más silenciosa y eficiente y el polo sombreado es barato y débil, razón por la cual sobrevive principalmente en ventiladores pequeños.
Los motores trifásicos no necesitan nada de eso. El par es más suave, la eficiencia es mayor y el mismo cuadro ofrece más potencia. Por encima de aproximadamente 0,75 a 1,1 kW, casi todos los accionamientos industriales son trifásicos, y las máquinas monofásicas por encima de ese tamaño son un producto de nicho más que una opción generalizada.
La eficiencia es el eje con mayor probabilidad de ser auditado. IEC 60034-30-1 define las clases de eficiencia IE que aparecen en las placas de identificación modernas, y la mayoría de los mercados industrializados ahora exigen un mínimo. El Reglamento de la UE 2019/1781 cubre la mayoría de los nuevos motores trifásicos de 0,12 kW a 1000 kW, y el GB 18613-2020 obligatorio de China asigna sus grados directamente a las clases IEC: YE3 se ubica en el nivel IE3 y YE4 en el nivel IE4. La consecuencia práctica es que una máquina IE2 sin marca ya no puede comercializarse legalmente para la mayoría de las tareas.
La brecha entre clases parece pequeña en términos porcentuales y no lo es en dinero. Tomemos el mismo motor de 7,5 kW funcionando 4.000 horas al año: en IE2 las pérdidas se sitúan cerca de 1,0 kW, en IE3 cerca de 0,8 kW, por lo que la aritmética arroja aproximadamente 850 kWh ahorrados por año. Treinta motores en un solo sitio es una línea presupuestaria, no un error de redondeo. Los ahorros reales dependen del factor de carga, la calidad del suministro y la frecuencia con la que la máquina está realmente a plena carga.
Fábrica de motores de ultra alta eficiencia YE4/IE4 Ver más Motor de inducción de ahorro de energía de alta velocidad YE4/IE4 (2 polos) Ver producto → La velocidad sincrónica sigue n = 120 f/p, por lo que a 50 Hz un motor de 2 polos gira a 3000 rpm, uno de 4 polos a 1500, uno de 6 polos a 1000 y uno de 8 polos a 750. Bajo carga, el rotor se retrasa un pequeño porcentaje (es decir, el deslizamiento), razón por la cual una placa de identificación de 4 polos a 50 Hz generalmente indica 1450 rpm en lugar de 1500. A 60 Hz, los mismos motores funcionan aproximadamente un 20 por ciento más rápido.
Las poles son realmente una decisión de torsión. Menos polos significa más velocidad, un marco más pequeño y menos torque por unidad de tamaño; más polos significa menor velocidad y mayor par sin caja de engranajes, lo que se adapta a mezcladores, trituradoras y transportadores lentos de accionamiento directo. Cuando el equipo accionado necesita dos velocidades fijas (por ejemplo, una mezcladora con una receta rápida y otra lenta), un motor de dos o cuatro velocidades puede reemplazar por completo una caja de cambios o un variador de frecuencia.
Dos motores con datos eléctricos idénticos pueden ser productos completamente diferentes una vez que se tiene en cuenta el medio ambiente. El código IP en IEC 60529 cubre la protección de ingreso: IP55 es el valor predeterminado industrial común y no sobrevivirá a un lavado regular o a una atmósfera costera cargada de sal, donde IP56 o IP65 y acabados resistentes a la corrosión son el punto de partida realista. El método de enfriamiento también importa: una máquina totalmente cerrada y enfriada por ventilador se comporta de manera muy diferente a una abierta o ventilada por tubería.
El ambiente y la altitud son las trampas de las especificaciones silenciosas. Las clasificaciones estándar suponen una temperatura ambiente de 40 grados Celsius y una elevación de 1.000 metros; Por encima de cualquiera de los dos, el motor debe reducirse o especificarse con una clase de aislamiento más alta, y comprar el siguiente tamaño de bastidor suele ser más barato que reemplazar el devanado después de dieciocho meses.
Las áreas peligrosas son un régimen legal separado más que una opción de estilo. En una atmósfera de gas de Zona 1 o Zona 2, un motor TEFC estándar no es aceptable, sin importar qué tan bien esté construido; la certificación debe coincidir con la zona, el grupo de gas y la clase de temperatura. Los diseños ignífugos como la serie YBX3 tienen clasificación Ex d IIC T4 Gb, y la misma lógica se aplica al polvo combustible, donde el concepto de protección relevante difiere.
Fábrica de motores a prueba de explosiones YBX3 Ver más Motor de inducción a prueba de explosiones de alta velocidad YBX3 (2 polos) Ver producto → Una vez que se fijan los primeros cinco ejes, un pequeño grupo de variantes diseñadas específicamente resuelve problemas que un motor de uso general no puede resolver.
Fábrica OEM de motores de freno electromagnéticos YEJ2 Ver más Motor de freno de parada rápida de ciclo alto YEJ2 (2 polos) Ver producto → Los nombres de las series de una cita suelen ser una abreviatura de una combinación de los seis ejes. Esta tabla asigna las familias comunes al deber para el que fue diseñada cada una.
| familia | Característica clave | Deber típico |
|---|---|---|
| YE3/IE3 | Versiones de carcasa de aluminio, estándar y de alta eficiencia | Industria en general, bombas, ventiladores, compresores. |
| YE4/IE4 | Eficiencia ultraalta | Servicio continuo donde domina el costo de la energía |
| YBX3 | Construcción a prueba de llamas | Áreas de gas Zona 1 y Zona 2, polvo combustible |
| YEJ2 | Freno electromagnético de resorte | Sostener, detener y posicionar |
| YVF2 | Bobinado y enfriamiento de servicio inversor | Control de velocidad de par constante |
| YVFEJ2 | Servicio del inversor más freno | Indexación y posicionamiento rápido |
| YD2 | Dos o cuatro velocidades discretas | Mezclado, puesta en escena de ventiladores, máquinas herramienta. |
La mayoría de las disputas sobre adquisiciones se remontan a que uno de los seis ejes se deja al azar: generalmente la clasificación ambiental o el número de polos, porque ambos parecen detalles hasta que el motor está en el sitio. Deje por escrito la clase de eficiencia, el número de polos, la clasificación IP, la disposición de montaje y el método de arranque antes de emitir la cotización, e indique claramente si alguna vez se conectará un variador de frecuencia.
Si el punto de trabajo es inusual, envíe los datos de carga con la consulta en lugar de elegir un tamaño de marco de una tabla de catálogo. Nuestros ingenieros confirmarán el tipo, el marco y el montaje antes de construir cualquier cosa. Habla con nuestro equipo sobre tu solicitud. y volveremos con una recomendación específica en lugar de un apellido.
Describen la misma máquina desde dos ángulos. "Motor de inducción" explica cómo se produce la corriente del rotor mediante inducción del campo del estator. "Motor asíncrono" describe la consecuencia: el rotor debe funcionar más lento que el campo, de lo contrario no se produciría inducción. Los motores de CA de jaula de ardilla y de rotor bobinado son motores de inducción y motores asíncronos.
Un motor trifásico de jaula de ardilla: TEFC, IP55, 2 polos o 4 polos y eficiencia IE3 o IE4. Especifique un devanado de servicio inversor si la velocidad de la bomba se controlará en lugar de encenderse y apagarse. Las características de freno o a prueba de explosiones solo deben agregarse cuando el sitio realmente las requiera.
Son las clases de eficiencia internacionales definidas en IEC 60034-30-1. IE3 es el mínimo obligatorio actual para la mayoría de los motores industriales nuevos en la UE y China, y IE4 es el siguiente paso. Una clase más alta significa menores pérdidas, un precio de compra más alto y un costo de funcionamiento más bajo durante la vida útil de la máquina.
Elija por velocidad y par. A 50 Hz, uno de 2 polos funciona cerca de 2900 rpm, uno de 4 polos cerca de 1450, uno de 6 polos cerca de 965 y uno de 8 polos cerca de 725. Elija la opción más rápida que el equipo impulsado pueda aceptar (el bastidor es más pequeño y más barato) y cambie a más polos cuando necesite torque a baja velocidad o una transmisión directa sin caja de cambios.
Siempre que se instale en una zona clasificada, como Zona 1 o Zona 2 para gas o Zona 21 y 22 para polvo combustible. El motor debe llevar un certificado correspondiente a la zona, grupo de gas y clase de temperatura. Un motor TEFC IP55 estándar no es un sustituto, incluso si es físicamente idéntico en tamaño.
A la velocidad nominal o cerca de ella, con un recorrido de cable corto, muchos motores estándar funcionan. El problema es el funcionamiento con par constante a baja velocidad: el ventilador montado en el eje se desacelera con el rotor, por lo que el devanado se sobrecalienta y la conmutación del inversor añade tensión al aislamiento. Para esa tarea, especifique un motor VFD con refrigeración independiente y aislamiento de grado inversor.
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