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A motor asíncrono trifásico Es una máquina de CA que convierte la energía eléctrica trifásica en energía mecánica giratoria mediante inducción electromagnética en lugar de mediante una conexión eléctrica directa al rotor. Se produce un campo magnético giratorio en los devanados del estator y este campo induce corriente en las barras del rotor, que a su vez genera par. La velocidad del rotor siempre sigue a la velocidad del campo giratorio por un pequeño margen llamado deslizamiento, razón por la cual esta máquina también se conoce como motor de inducción trifásico .
Debido a que no necesita escobillas, ni excitación externa del rotor ni condensador para arrancar, el motor asíncrono trifásico se ha convertido en el estándar. motor eléctrico trifásico para fábricas, talleres y plantas de servicios públicos. Las gamas de productos típicas abarcan desde pequeñas unidades fraccionarias de alrededor de 0,09 kW hasta tamaños de bastidor grandes de alrededor de 375 kW, con opciones de bobinado de 2, 4, 6 y 8 polos que cubren todo, desde ventiladores de carga liviana de alta velocidad hasta transportadores de carga pesada de baja velocidad. Las carcasas suelen construirse con hierro fundido de alta resistencia o una aleación de aluminio liviana, combinadas con aislamiento de Clase F y una clasificación de protección IP55 para exposición al polvo y al agua ligera.
En resumen, cuando alguien busca un motor de inducción trifásico or a motor de CA trifásico , casi siempre describen esta misma familia de máquinas. Las secciones restantes a continuación explican cómo funciona, de qué está hecho, cómo leer su placa de datos y cómo dimensionar una correctamente para un trabajo determinado.
Dentro del estator se colocan tres grupos de devanados separados a 120 grados eléctricos de distancia. Cuando una corriente trifásica fluye a través de ellos en secuencia, el campo magnético combinado no permanece fijo en un punto: gira alrededor del interior del orificio del estator a una velocidad conocida como velocidad sincrónica. La velocidad síncrona depende únicamente de la frecuencia de suministro y del número de polos enrollados en el estator, siguiendo la relación Ns = 120 x f/P, donde f es la frecuencia en hercios y P es el número de polos.
Las barras del rotor se encuentran dentro de este campo giratorio pero no están conectadas físicamente a la fuente de alimentación. A medida que el campo pasa por el rotor, induce un voltaje y una corriente en las barras del rotor, y esa corriente inducida produce su propio campo magnético. La interacción entre el campo del estator y el campo inducido del rotor crea un par que arrastra el rotor, pero el rotor nunca puede alcanzar el campo; si lo hiciera, no quedaría ningún movimiento relativo para inducir corriente en primer lugar. Esta diferencia de velocidad, normalmente un pequeño porcentaje de la velocidad síncrona bajo carga normal, es el deslizamiento que define una máquina asíncrona (de inducción).
A diferencia de un diseño monofásico, un motor asíncrono trifásico produce un campo genuinamente giratorio desde el momento en que se aplica la energía, por lo que es inherentemente autoarranque y no depende de un capacitor de arranque o de un devanado auxiliar. Esta es una de las razones por las que generalmente se prefiere un motor de inducción trifásico una vez que el tamaño de la carga o el ciclo de trabajo crecen más allá de lo que una pequeña unidad monofásica puede manejar cómodamente.
Cada motor asíncrono trifásico se construye a partir de un pequeño conjunto de piezas que se repiten en todos los tamaños, desde una unidad compacta con carcasa de aluminio hasta un gran motor trifásico industrial de hierro fundido. La siguiente ilustración etiqueta las secciones principales a las que se hace referencia en las descripciones siguientes.
Diseño estructural simplificado de un bastidor de motor asíncrono trifásico típico
El estator es una pila de finas laminaciones de acero al silicio prensadas en un marco de hierro fundido o aleación de aluminio, con bobinas de cobre insertadas en ranuras alrededor del orificio interior. La pila de laminación limita las pérdidas por corrientes parásitas, mientras que el propio marco proporciona al motor su resistencia mecánica y su superficie de montaje.
La mayoría de las unidades industriales utilizan un rotor de jaula de ardilla, donde se funden barras de aluminio o cobre en un núcleo de rotor laminado y se cortocircuitan en ambos extremos mediante anillos de extremo. Este diseño no tiene devanados que aislar ni anillos colectores que mantener, lo cual es una de las principales razones por las que se considera que un motor de inducción trifásico es sencillo de mantener en funcionamiento durante períodos prolongados.
Un ventilador externo montado en el extremo no motor impulsa el aire a través de aletas acanaladas en la superficie del marco, manteniendo la temperatura del devanado dentro del límite de aislamiento de Clase F. Los protectores de extremo mantienen los cojinetes en su lugar y mantienen el rotor centrado dentro del orificio del estator, mientras que la caja de terminales proporciona un punto de conexión sellado para los cables de suministro entrantes.
El recuento de polos es una de las primeras decisiones que se deben tomar al comparar un motor eléctrico trifásico para una aplicación determinada, porque fija la velocidad de funcionamiento base antes de agregar cualquier caja de cambios o accionamiento. Con un suministro de 50 Hz, la velocidad síncrona para recuentos de polos comunes se muestra a continuación.
Velocidad síncrona por conteo de polos a una frecuencia de suministro de 50 hercios
| Conteo de polos | Velocidad sincrónica | Servicio típico |
|---|---|---|
| 2 polos | 3000 rpm | Bombas, ventiladores de alta velocidad, compresores. |
| 4 polos | 1500 rpm | Máquinas herramienta en general, transportadores. |
| 6 polos | 1000 rpm | Ventiladores, mezcladores y accionamientos de baja velocidad más grandes |
| 8 polos | 750 rpm | Transmisión de baja velocidad y carga pesada |
Las etiquetas de clase de eficiencia describen cuánta entrada eléctrica pierde un motor en forma de calor en lugar de convertirse en potencia del eje. La escala de denominación va desde IE1 hasta IE4, y cada paso representa una reducción adicional de las pérdidas gracias a una mejor laminación del acero, conductores de cobre más gruesos y espacios de aire más estrechos. un Motor trifásico IE3 se encuentra en la banda premium de esta escala, mientras que un Motor trifásico IE4 se encuentra un paso por encima, dirigido a aplicaciones de servicio continuo donde las horas de funcionamiento son lo suficientemente altas como para que las menores pérdidas se traduzcan en una reducción significativa del desperdicio de energía durante la vida útil de la máquina.
Comparación ilustrativa de la progresión de la eficiencia relativa entre clases; Las cifras reales varían según la potencia de salida y el número de polos.
En la práctica, la clase necesaria depende del patrón de carrera. Un motor que funciona sólo unas pocas horas a la semana normalmente no justifica perseguir la clase más alta disponible, mientras que un motor que funciona continuamente en una línea de ventilador, bomba o compresor es un fuerte candidato para la banda IE3 o IE4 porque las horas acumuladas amplifican incluso una pequeña diferencia porcentual en las pérdidas.
La eficiencia y el factor de potencia de un motor de inducción trifásico no son números fijos; se mueven según la carga del motor en relación con su potencia nominal. La forma general de esta relación es consistente en toda la familia de productos, aunque las cifras exactas cambian según el tamaño del marco.
Forma típica de la curva de eficiencia frente al porcentaje de carga de la salida nominal
La eficiencia generalmente aumenta rápidamente a medida que aumenta la carga desde una carga parcial liviana, alcanza un pico amplio en algún lugar entre aproximadamente el setenta y cinco y el cien por ciento de la producción nominal, y luego disminuye ligeramente bajo sobrecarga. Esta es la razón por la que dimensionar un motor para que funcione cerca de su punto nominal, en lugar de con una carga muy baja, tiende a brindar una eficiencia y un factor de potencia más estables a lo largo de un turno.
El material del marco afecta el peso, la disipación de calor y la rigidez del montaje. Tanto las carcasas de hierro fundido como las de aleación de aluminio siguen siendo comunes en el mercado de motores industriales trifásicos, y la elección correcta generalmente se reduce al equilibrio entre peso y masa térmica que requiere una instalación determinada.
| Atributo | Carcasa de hierro fundido | Carcasa de aleación de aluminio. |
|---|---|---|
| Peso relativo | mas pesado | Encendedor |
| Disipación de calor | Alta masa térmica | Enfriamiento de superficie más rápido |
| Rango de marco típico | Tamaños de marco medianos a grandes | Tamaños de estructura pequeños a medianos |
| entorno común | Servicio industrial pesado continuo | Equipos móviles y de uso general. |
Independientemente del material de la carcasa, el sistema de devanado en sí normalmente está construido con aislamiento de Clase F, lo que brinda margen contra el aumento de temperatura durante el arranque y la sobrecarga a corto plazo, mientras que una clasificación IP55 mantiene el polvo y los chorros de agua dirigidos lejos de los devanados internos en talleres y entornos adyacentes al aire libre.
Muchos compradores que investigan un motor asíncrono trifásico en realidad lo están comparando con una alternativa monofásica para una aplicación límite. La siguiente comparación de radar muestra seis atributos prácticos uno al lado del otro.
El área azul representa un motor asíncrono trifásico, el área naranja representa un motor monofásico comparable, en una escala relativa ilustrativa
Debido a que comienza con un campo giratorio genuino, un motor asíncrono trifásico tiende a ofrecer un par de arranque más fuerte por unidad de tamaño de bastidor, junto con una eficiencia de funcionamiento más estable con carga nominal. Un motor monofásico aún puede ser una opción razonable para herramientas residenciales livianas o de talleres pequeños donde no hay suministro trifásico disponible, pero una vez que la carga, el ciclo de trabajo o la demanda de torque aumentan, un motor de CA trifásico generalmente es la ruta más práctica para un servicio industrial continuo.
La combinación de un amplio rango de potencia, múltiples opciones de polos y una construcción robusta es la razón por la que un motor de inducción trifásico aparece en una gama tan amplia de tipos de equipos.
En la industria manufacturera, la energía, la minería, la construcción, los textiles, la imprenta y la maquinaria portuaria, el requisito subyacente es en gran medida el mismo: un motor industrial trifásico confiable que pueda funcionar durante largos períodos con necesidades de mantenimiento predecibles en lugar de paradas frecuentes no planificadas.
Algunas aplicaciones necesitan más de una velocidad fija en un solo cuadro. Los devanados de velocidad de varios pasos permiten volver a conectar un motor entre dos o más polos, lo que brinda una forma aproximada pero confiable de cambiar la velocidad sin un variador de frecuencia independiente.
Cuando una carga debe detenerse y mantener su posición rápidamente, como en polipastos o mesas indexadoras, un freno electromagnético integrado sujeta el eje en el momento en que se corta la energía, lo que acorta el tiempo de desaceleración y mejora la precisión del posicionamiento.
Combinar un motor asíncrono trifásico con un variador de frecuencia permite ajustar la velocidad suavemente en un amplio rango, lo cual es común en ventiladores, bombas y transportadores donde el flujo o el rendimiento deben seguir una demanda cambiante del proceso en lugar de funcionar a una única velocidad fija.
Para instalaciones de minería de carbón, petroquímicas y otras áreas peligrosas, los gabinetes a prueba de explosiones contienen arcos internos o chispas, por lo que no pueden encender el gas o el polvo inflamable circundante, lo que permite que un motor eléctrico trifásico funcione de manera segura en zonas donde un gabinete abierto estándar no sería apropiado.
Trabajar con el siguiente orden generalmente reduce el campo rápidamente, ya sea que el objetivo sea una pequeña unidad con carcasa de aluminio o un gran motor trifásico industrial de hierro fundido.
Una fórmula inicial simple para la potencia trifásica es P (kW) = (raíz de tres x V x I x factor de potencia x eficiencia) / 1000, utilizando el voltaje de línea V y la corriente de línea I. Para una carga mecánica conocida, la potencia del eje en kW también se puede estimar a partir del par y la velocidad como P = (Par en Nm x Velocidad en rpm) / 9550, luego se redondea hacia arriba a la siguiente clasificación de bastidor estándar con un margen inicial razonable.
Los caballos de fuerza y los kilovatios describen la misma producción usando diferentes unidades, relacionadas aproximadamente 1 hp = 0,746 kW. En lugar de elegir una cifra de caballos de fuerza de forma aislada, es útil trabajar hacia atrás a partir de los datos del fabricante del equipo impulsado o de la corriente de funcionamiento medida, ya que un motor de tamaño insuficiente se calentará bajo carga normal, mientras que uno de gran tamaño conlleva un peso innecesario y un factor de potencia de funcionamiento más bajo con carga parcial.
Un motor de inducción trifásico es mecánicamente simple, pero una rutina breve aún contribuye en gran medida a mantener predecibles las horas de funcionamiento.
Seguir un programa simple como este tiende a extender la vida útil práctica de un motor de CA trifásico considerablemente más que reaccionar solo después de que aparece una falla.
P1. ¿Qué es un motor asíncrono trifásico?Es un motor de CA que utiliza un campo magnético giratorio en el estator para inducir corriente en el rotor, creando par sin ninguna conexión eléctrica directa con el propio rotor. | P2. ¿Cómo funciona un motor de inducción trifásico?La corriente trifásica en los devanados del estator produce un campo giratorio; este campo induce corriente en las barras del rotor y la interacción entre los dos campos hace girar el eje. |
P3. ¿Cuál es la diferencia entre un motor asíncrono y un motor de inducción?Describen la misma máquina. Asíncrono se refiere a la velocidad del rotor por detrás de la velocidad del campo, mientras que la inducción se refiere a cómo la corriente llega al rotor, a través de inducción en lugar de una conexión directa. | P4. ¿Cuáles son las ventajas de un motor de inducción trifásico?Construcción simple de jaula de ardilla, arranque automático sin capacitor, velocidad de funcionamiento constante bajo carga variable y un amplio rango de potencia disponible desde fracciones de kilovatios hasta cientos de kilovatios. |
P5. ¿Para qué sirven los motores trifásicos?Ventiladores, bombas, compresores, transportadores, máquinas herramienta y equipos industriales en general en entornos de fabricación, energía, minería, textiles y manipulación portuaria. | P6. ¿Cómo elijo un motor de inducción trifásico?Comience con el tipo de carga impulsada y la velocidad requerida, mida la potencia del eje con un margen inicial y luego haga coincidir el número de polos, la carcasa y la clasificación de protección con el entorno de instalación. |
P7. ¿Cómo calculo el tamaño del motor que necesito?Calcule la potencia del eje a partir del par de carga y la velocidad usando P igual al par multiplicado por la velocidad dividido por 9550, luego redondee hacia arriba a la clasificación estándar del marco más cercana con un margen razonable. | P8. ¿Cómo elijo la potencia del motor?Trabaje a partir del requisito de potencia real del equipo impulsado en lugar de adivinar; la conversión entre caballos de fuerza y kilovatios usando aproximadamente 1 hp equivale a 0,746 kW. |
P9. Cuantos polos debe tener mi motorElija el número de polos cuya velocidad síncrona sea la más cercana a la velocidad de salida deseada, ya que esto generalmente reduce el tamaño de cualquier caja de cambios o reducción de polea adicional necesaria. | P10. ¿Qué mantenimiento necesita un motor trifásico?La atención rutinaria al flujo de aire de refrigeración, la lubricación de los cojinetes, los niveles de vibración y las conexiones de la caja de terminales cubre la mayor parte de lo que mantiene una unidad funcionando de manera confiable a lo largo del tiempo. |
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