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Este grupo de máquinas de inducción incluye las máquinas eléctricas cuyo modo de funcionamiento se basa en un campo magnético giratorio en el entrehierro entre el estator y el rotor. La máquina más importante y más utilizada de este grupo es el motor de inducción de CA asíncrono con diseño de jaula de ardilla. Se caracteriza por lo siguiente
En electricidad tecnología de accionamiento se utilizan generalmente los siguientes motores eléctricos:
Dado que los motores de CA con convertidores de frecuencia proporcionan un control de la velocidad mejor, más sencillo y de menor mantenimiento, los motores de CC y los motores de CA con anillos rozantes son cada vez menos relevantes. Otros tipos de motores asíncronos de CA sólo tienen una importancia marginal en la ingeniería de accionamientos. Por ello, no se tratarán aquí en detalle.
Si se combina un motor eléctrico como un motor de CA con un reductor se obtiene un motorreductor. Independientemente del principio eléctrico del motor, la forma de montarlo en un reductor adquiere una importancia especial en lo que respecta al diseño mecánico del motor. SEW-EURODRIVE utiliza motores especialmente adaptados especialmente adaptados a este fin.
Rotor
En las ranuras del núcleo laminado del rotor hay un bobinado inyectado o insertado (normalmente de aluminio y/o cobre). Clásicamente, una vuelta del bobinado corresponde a una barra. Este bobinado está cortocircuitado en ambos extremos por anillos del mismo material. Las barras con los anillos en cortocircuito recuerdan a una jaula. De ahí viene el segundo nombre común de los motores de CA: "el motor de jaula de ardilla".
Estator
El bobinado, encapsulado con resina sintética, se introduce en la ranura semicerrada del núcleo laminado del estator. El número y la anchura de las bobinas varían para conseguir diferentes números de polos (= velocidades). Junto con la carcasa del motor, el núcleo laminado forma el estator.
Terminales
Las tapas de protección están fabricadas en acero, fundición gris o aluminio fundido a presión y cierran el interior del motor por el lado A y el lado B. El diseño constructivo al pasar al estator determina, entre otras cosas, el grado de protección IP del motor.
Eje del rotor
El núcleo laminado del lado del rotor está unido a un eje de acero. Los dos extremos del eje atraviesan el blindaje final tanto en el lado A como en el lado B. El extremo del eje de salida está instalado en el lado A (diseñado como extremo del eje de piñón para el motorreductor); el ventilador y sus aletas de refrigeración y/o los sistemas complementarios, como los frenos mecánicos y los codificadores, están instalados en el lado B.
Carcasa del motor
La carcasa del motor puede fabricarse en aluminio fundido a presión cuando la potencia es baja o media. Sin embargo, la carcasa para todas las clases de potencia superiores a éstas se fabrica en fundición gris y acero soldado. La carcasa lleva una caja de bornes en la que se conectan los extremos del bobinado del estator a un bloque de bornes para la conexión eléctrica del lado del cliente. Las aletas de refrigeración agrandan la superficie de la carcasa y también aumentan la emisión de calor al ambiente.
Ventilador, protección del ventilador
Un ventilador situado en el extremo del eje del lado B está cubierto por una cubierta. Esta cubierta guía el flujo de aire producido durante la rotación del ventilador a través de las aletas de la carcasa. Por regla general, los ventiladores no son independientes del sentido de giro del rotor. Una cubierta opcional evita que las piezas (pequeñas) caigan a través de la rejilla de protección del ventilador cuando la posición de montaje es vertical.
Rodamientos
Los rodamientos de las tapas laterales A y B conectan mecánicamente las piezas giratorias con las fijas. Normalmente se utilizan rodamientos rígidos de bolas. Raramente se utilizan rodamientos de rodillos cilíndricos. El tamaño del rodamiento depende de las fuerzas y velocidades que tenga que absorber. Diferentes tipos de sistemas de sellado garantizan que se mantengan las propiedades lubricantes requeridas en el rodamiento y que no se escape el aceite y/o la grasa.
El sistema de bobinado trifásico simétrico del estator se conecta a un sistema de alimentación de corriente trifásica con la tensión y la frecuencia adecuadas. Corrientes sinusoidales de la misma amplitud en cada una de las tres fases del bobinado. Cada una de las corrientes está desfasada temporalmente entre sí 120°. Como las fases del bobinado también están desfasadas espacialmente 120°, el estátor crea un campo magnético que gira con la frecuencia de la tensión aplicada.
Este campo magnético giratorio, o campo giratorio induce una tensión eléctrica en el bobinado del rotor o en las barras del rotor. Las corrientes de cortocircuito porque el devanado está cortocircuitado por el anillo. Junto con el campo giratorio, estas corrientes generan fuerzas y producen un par en el radio del rotor que acelera la velocidad del rotor en la dirección del campo giratorio. La frecuencia de la tensión generada en el rotor disminuye a medida que aumenta la velocidad del rotor. Esto se debe a que la diferencia entre la velocidad del campo giratorio y la velocidad del rotor se hace menor.
Las tensiones inducidas, que ahora son más bajas como resultado, conducen a corrientes más bajas en la jaula del rotor y, por lo tanto, a fuerzas y pares más bajos. Si el rotor girara a la misma velocidad que el campo giratorio, lo haría de forma sincrónica, no se induciría ninguna tensión y, como resultado, el motor no podría desarrollar ningún par. Sin embargo, el par de carga y los pares de fricción en los cojinetes provocan una diferencia entre la velocidad del rotor y la del campo giratorio. diferencia entre la velocidad del rotor y la del campo giratorio lo que da lugar a un equilibrio entre el par de aceleración y el par de carga. El motor funciona de forma asíncrona.
La magnitud de esta diferencia aumenta o disminuye en función de la carga del motor, pero nunca es cero, porque siempre hay fricción en los cojinetes, incluso en funcionamiento sin carga. Si el par de carga supera el par de aceleración máximo que puede producir el motor, éste se "cala" y entra en un estado de funcionamiento inadmisible que puede provocar daños térmicos.
El movimiento relativo entre la velocidad del campo giratorio y la velocidad mecánica que se requiere para la función se define como el deslizamiento "s" y se especifica como un porcentaje de la velocidad del campo giratorio. Los motores de menor potencia pueden tener un deslizamiento del 10 al 15 por ciento. Los motores de CA con una potencia nominal superior tienen un deslizamiento aproximado del 2 al 5%.
El motor de CA toma la energía eléctrica del sistema de alimentación de tensión y la convierte en energía mecánica, es decir, en velocidad y par. Si el motor funcionara sin pérdidas, el potencia mecánica de salida Pout correspondería a la potencia eléctrica de entrada Pen.
Sin embargo, en los motores de corriente alterna también se producen pérdidas, algo inevitable siempre que se transforma energía: Pérdidas de cobre PCu y pérdidas en barra PZ se producen cuando circula una corriente por un conductor. Las pérdidas en el hierro PFe resultan de la remagnetización del núcleo laminado con una frecuencia de línea. Las pérdidas por fricción PRb resultan de la fricción en los cojinetes y las pérdidas de aire resultan del uso de aire para la refrigeración. Las pérdidas de cobre, varilla, hierro y fricción provocan el calentamiento del motor. El rendimiento de la máquina se define como la relación entre la potencia de salida y la de entrada.
Debido a las normativas legales, en los últimos años se ha prestado cada vez más atención al uso de motores con mayores niveles de eficiencia. Las clases de eficiencia energética se han definido en los acuerdos normativos correspondientes. Los fabricantes han adoptado estas clases en sus datos técnicos. Para reducir las importantes pérdidas causadas por la máquina, esto ha supuesto lo siguiente para el diseño del motor eléctrico:
Registrando los pares y la corriente frente a la velocidad, se obtiene la característica características velocidad-par del motor de CA. El motor sigue esta curva característica cada vez que se enciende hasta que alcanza su punto de funcionamiento estable. Las curvas características se ven influidas por el número de polos, así como por el diseño y el material del bobinado del rotor. El conocimiento de estas curvas características es especialmente importante para los accionamientos que funcionan con contrapares (por ejemplo, los polipastos).
Si el contrapar de la máquina accionada es superior al par de arranquela velocidad del rotor se "atasca en la depresión". El motor ya no alcanza su punto de funcionamiento nominal (es decir, el punto de funcionamiento estable y térmicamente seguro). El motor llega incluso a pararse si el contrapar es superior al par de arranque. Si un accionamiento en marcha está sobrecargado (por ejemplo, una cinta transportadora sobrecargada), su velocidad disminuye a medida que aumenta la carga. Si el contrapar supera el par de arranqueel motor se "cala" y la velocidad disminuye hasta la velocidad de arranque o incluso hasta cero. Todas estas situaciones provocan corrientes extremadamente altas en el rotor y el estator, lo que significa que ambos se calientan muy rápidamente. Este efecto puede provocar daños térmicos irreparables en el motor - o "quemarlo" - si no se dispone de dispositivos de protección adecuados.
El calor generado en un conductor de corriente eléctrica depende de la resistencia del conductor y de la magnitud de la corriente que transporta. Los frecuentes encendidos y arranques en contra de par suponen una gran carga térmica para el motor de CA. El calentamiento permitido del motor depende de la temperatura del medio refrigerante circundante (por ejemplo, aire) y de la resistencia térmica del material aislante del bobinado.
Los motores se asignan a clases térmicas (que antes se denominaban "clases de aislamiento") que rigen las sobretemperaturas máximas permitidas en los motores. Un motor debe ser capaz de soportar un funcionamiento sostenido a una temperatura elevada en función de su potencia nominal en la clase térmica para la que fue diseñado sin sufrir daños. Con una temperatura máxima del refrigerante de 40° C, por ejemplo, la sobretemperatura máxima permitida en la clase térmica 130 (B): dT = 80 K.
Ejemplo: El modo de funcionamiento S3/40% se aplica si el motor alterna entre cuatro minutos de funcionamiento y seis minutos apagado.
La frecuencia de conmutación permitida especifica cuántas veces puede encenderse un motor en una hora sin sobrecargarlo térmicamente. Depende de lo siguiente
La frecuencia de arranque admisible de un motor puede aumentarse con las siguientes medidas:
Los motores de CA pueden funcionar a diferentes velocidades mediante la conmutación de bobinados o partes de bobinados. Los distintos números de polos resultan de insertar varios devanados en las ranuras del estator o invirtiendo la dirección del flujo de corriente en partes individuales del devanado. En el caso de bobinados separados, la potencia para cada número de polos es inferior a la mitad de la potencia de un motor de una sola velocidad del mismo tamaño.
Los motorreductores de CA de polos conmutables se utilizan se utilizan, por ejemplopor ejemplo. La velocidad de desplazamiento es alta durante el funcionamiento con un número reducido de polos. Para el posicionamiento se cambia al devanado de baja velocidad. Debido a la inercia, el motor sigue girando inicialmente a alta velocidad durante el cambio. El motor de CA funciona como un generador durante esta fase y se ralentiza. La energía cinética se convierte en energía eléctrica y se devuelve al sistema de alimentación. El gran escalón de par El gran escalón de par causado por la conmutación es una desventaja. Sin embargo, pueden tomarse medidas de circuito adecuadas para reducirlo.
Los avances actuales en la tecnología de convertidores de bajo coste fomentan la sustitución tecnológica de los motores de polos conmutables por motores de una sola velocidad controlados por convertidores de frecuencia en muchas aplicaciones. aplicaciones.
Un motor monofásico es una buena opción cuando en sus aplicaciones
Algunos ejemplos de aplicaciones típicas son ventiladores, bombas y compresores. Existen dos diferencias de diseño fundamentales aquí:
Por un lado, el motor de CA asíncrono clásico sólo está conectado a una fase y al conductor neutro. La tercera conexión se produce mediante un desplazamiento de fase mediante un condensador. Como el condensador sólo puede generar un desfase de 90° y no de 120°, este tipo de motor monofásico suele tener una potencia nominal de sólo dos tercios de la de un motor de CA comparable.
La segunda forma de construir un motor monofásico implica ajustes técnicos del bobinado. En lugar del bobinado trifásico, sólo se implementan dos fases, una como fase principal y otra como fase auxiliar. Las bobinas, que están desfasadas espacialmente 90°, también reciben corriente de un condensador con un desfase temporal de 90°, que produce el campo giratorio. Las relaciones de corriente desiguales del devanado principal y el auxiliar también suelen permitir sólo dos tercios de la potencia de un motor de CA del mismo tamaño. Los motores típicos para funcionamiento monofásico incluyen motores de condensador, motores de polos sombreados y motores de arranqueque no incluyen condensadores.
La gama SEW-EURODRIVE incluye ambos tipos de motores monofásicos. Los motores DRK... Ambos se suministran con un condensador de funcionamiento integrado. Dado que este condensador se aloja directamente en la caja de bornes, se evitan contornos perturbadores. Con un condensador de marcha, se dispone de aprox. un 45-50% del par nominal para el arranque.
Para los clientes que requieran un par de arranque superior de hasta el 150 % del par nominal, SEW-EURODRIVE puede suministrar los valores de capacitancia de los condensadores de arranque necesarios para este fin, disponibles en comercios especializados bien surtidos.
Los motores de par son construcción especial con rotores de jaula de ardilla. Por su diseño, están dimensionados para que su consumo de corriente sólo sea lo suficientemente alto como para garantizar que no se produzcan daños térmicos irreparables cuando la velocidad es 0. Esta característica es útil, por ejemplo, al la apertura de puertas y el ajuste de puntos o en troqueles de prensapara cuando se ha alcanzado una posición y debe ser mantenida con seguridad por un motor eléctrico.
Otro modo de funcionamiento habitual es funcionamiento de frenado en contracorriente: Una carga externa es capaz de hacer girar el rotor en sentido contrario a la rotación del campo giratorio. El campo giratorio "ralentiza" la velocidad y extrae energía regenerativa del sistema, que se introduce en el sistema de alimentación - similar al frenado rotativo sin trabajo de frenado mecánico.
SEW-EURODRIVE ofrece DRM../DR2M.. junto con motores torque de 12 polos que están diseñados térmicamente para el uso a largo plazo con el par nominal en estado de reposo. Los motores torque de SEW-EURODRIVE son adecuados para diferentes requisitos y velocidades y están disponibles con hasta tres pares nominales, dependiendo del modo de funcionamiento.
Si utiliza motores eléctricos en zonas con riesgo de explosión (según la Directiva 2014/34/UE (ATEX)), deben tomarse medidas preventivas específicas en los accionamientos. SEW-EURODRIVE ofrece una serie de diseños diferentes teniendo esto en cuenta en función del área y la región de uso.
SEW-EURODRIVE ofrece el motor LSPM para aplicaciones que funcionan directamente desde el sistema de alimentación y que también requieren una velocidad síncrona o tienen esta característica sin sensor en un simple inversor. LSPM es la abreviatura de "Line Start Permanente Magnet". El motor LSPM es un motor asíncrono de CA con imanes permanentes adicionalesen el rotor. Funciona de forma asíncrona, se sincroniza con la frecuencia de funcionamiento y, a partir de ese momento, funciona en modo síncrono sin deslizamiento sincronizado con la frecuencia de la red. Tecnología de motores que abre nuevas y flexibles posibilidades de aplicación en la técnica de accionamientopor ejemplo, la transferencia de cargas sin pérdida de velocidad.
Estos motores híbridos compactos no tienen pérdidas en el rotor durante el funcionamiento y se caracterizan por su alto rendimiento. Se alcanzan clases de ahorro energético de hasta IE4.
El tamaño de un motor DR..J con tecnología LSPM es dos etapas menor en comparación con un motor en serie con la misma potencia y clase de eficiencia energética. Por otra parte, los motores del mismo tamaño alcanzan una clase de eficiencia dos veces mejor que la de los motores asíncronos.
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