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Este grupo de máquinas de inducción incluye 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 las siguientes características:
En la tecnología de accionamiento eléctrico ingeniería de accionamiento En la tecnología de accionamiento eléctrico se utilizan generalmente los siguientes motores eléctricos:
Dado que los motores de corriente alterna con variadores de frecuencia ofrecen un control de velocidad mejor, más sencillo y que requiere menos mantenimiento, los motores de CC y los motores de corriente alterna con anillos colectores están perdiendo relevancia. Otros tipos de motores CA asíncronos solo tienen una importancia marginal en la ingeniería de accionamientos. Por lo tanto, no se tratarán en detalle aquí.
Si se combina un motor eléctrico, como un motor de corriente alterna, con un reductor se obtiene un motorreductor. Independientemente del principio eléctrico del motor, la forma del montaje en un reductor está cobrando especial importancia en cuanto al diseño mecánico del motor. SEW‑EURODRIVE utiliza motores especialmente adaptados con este fin en mente.
Rotor
En las ranuras del núcleo de rotor laminado hay un bobinado inyectado o insertado (normalmente de aluminio y/o cobre). Clásicamente, una vuelta del devanado corresponde a una barra. Este devanado está cortocircuitado en ambos extremos por anillos fabricados con el mismo material. Las barras con los anillos de cortocircuito recuerdan a una jaula. De ahí proviene el segundo nombre común de los motores de corriente alterna: «motor de jaula de ardilla».
Estator
El bobinado, encapsulado con resina sintética, se inserta en la ranura semicerrada del núcleo laminado del estator. El número y el ancho de las bobinas varían para lograr diferentes números de polos (= velocidades). Junto con la carcasa del motor, el paquete de chapas forma el estator.
Placas del cojinete
Las placas del cojinete están hechas de acero, hierro fundido gris o aluminio fundido a presión y sellan el interior del motor en el lado A y el lado B. El diseño constructivo en la transición al estator determina, entre otras cosas, el índice de protección IP del motor.
Eje del rotor
El núcleo laminado del lado del rotor está fijado a un eje de acero. Los dos extremos del eje atraviesan la placa del cojinete 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 de eje de piñón para el motorreductor); el ventilador y sus aspas de refrigeración y/o sistemas complementarios, como frenos mecánicos y encoders, están instalados en el lado B.
Carcasa del motor
La carcasa del motor puede fabricarse en aluminio fundido a presión cuando la potencia nominal es baja o media. Sin embargo, la carcasa para todas las clases de potencia superiores a estas se fabrica en fundición gris y acero soldado. Se fija a la carcasa una caja de bornes en la que los extremos del devanado del estator se conectan a un bloque de bornes para la conexión eléctrica del lado del cliente. Las aletas de refrigeración amplían la superficie de la carcasa y también aumentan la emisión de calor al ambiente.
Ventilador, caperuza del ventilador
Un ventilador en el extremo del eje del lado B está cubierto por una tapa protectora. Esta tapa protege 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 tapa protectora evita que las piezas (pequeñas) caigan a través de la caperuza del ventilador cuando la posición de montaje es vertical.
Rodamientos
Los rodamientos de las placas del cojinete del lado A y del lado B conectan mecánicamente las partes giratorias con las partes fijas. Por lo general, se utilizan rodamientos de bolas de ranura profunda. Los rodamientos de rodillos cilíndricos se utilizan en raras ocasiones. El tamaño del rodamiento depende de las fuerzas y velocidades que el rodamiento en cuestión debe absorber. Diferentes tipos de sistemas de sellado garantizan que se mantengan las propiedades de lubricación requeridas en el rodamiento y que no se escape el aceite ni la grasa.
El sistema de bobinado trifásico simétrico del estator está conectado a un sistema de alimentación de corriente trifásica con la tensión y la frecuencia adecuadas. Corrientes senoidales de la misma amplitudfluyen en cada una de las tres fases del devanado. Cada una de las corrientes está desfasada temporalmente entre sí en 120°. Dado que las fases del devanado también están desfasadas espacialmente en 120°, el estator genera un campo magnético que gira con la frecuencia de la tensión aplicada.
Este campo magnético de giro —o campo de giro, para abreviar— induce una tensión eléctrica en el devanado del rotor o en las barras del rotor. Las corrientes de cortocircuitofluyen porque el bobinado está en cortocircuito con el anillo. Junto con el campo de giro, estas corrientes generan fuerzas y producen un par a lo largo del radio del rotor que acelera la velocidad del rotor en la dirección del campo de giro. 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 de giro y la velocidad del rotor se reduce.
Las tensiones inducidas, que ahora son más bajas como resultado, dan lugar 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 de giro, giraría de forma sincrónica, no se induciría tensión y, como resultado, el motor no podría desarrollar ningún par. Sin embargo, el par de carga y los pares de fricción en los rodamientos dan lugar a una diferencia entre la velocidad del rotor y la velocidad del campo de giro, lo que resulta en un equilibrio entre el par de aceleración y el par de carga.El motor funciona de manera asíncrona.
La magnitud de esta diferencia aumenta o disminuye dependiendo de la carga del motor, pero nunca es cero, ya que siempre hay fricción en los cojinetes, incluso en funcionamiento en vacío. Si el par de carga excede el par de aceleración máximo que puede producir el motor, este se «calada» y entra en un estado de funcionamiento inadmisible que puede provocar daños térmicos.
El movimiento relativo entre la velocidad del campo de giro y la velocidad mecánicaque se requiere para el funcionamiento se define como el deslizamiento «s» y se especifica como un porcentaje de la velocidad del campo de giro. Los motores con una potencia nominal más baja pueden tener un deslizamientodel 10 al 15 por ciento. Los motores de corriente alterna con una potencia nominal más alta tienen un deslizamiento de aproximadamente 2 a 5 por ciento.
El motor de corriente alterna toma energía eléctrica del sistema de suministro de tensión y la convierte en energía mecánica, es decir, en velocidad y par. Si el motor funcionara sin pérdidas, lapotencia mecánica de salida Poutcorrespondería a lapotencia eléctrica de entrada Pin.
Sin embargo, en los motores de corriente alterna también se producen pérdidas, lo cual es inevitable siempre que se convierte energía:Las pérdidas en el cobre PCuylas pérdidas en la barra PZse producen cuando la corriente fluye a través de un conductor.Las pérdidas de hierro PFeson el resultado de la remagnetización del paquete de chapas con una frecuencia de red. Las pérdidas por fricción PRbse deben a la fricción en los rodamientos, y las pérdidas por aire se deben al uso de aire para la refrigeración. Las pérdidas en el cobre, la barra, el hierro y la fricción hacen que el motor se caliente. El rendimiento de la máquinase define como la relación entre la potencia de salida y la potencia de entrada.
Debido a las regulaciones legales, en los últimos años se ha prestado cada vez más atención al uso de motores con niveles de eficiencia más altos. 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 pérdidas significativas causadas por la máquina, esto ha significado lo siguiente para el diseño del motor eléctrico:
Al registrar los pares y la corriente en función de la velocidad, se obtienen lascurvas características de par-velocidad del motor de corriente alterna. El motor sigue esta curva característica cada vez que se enciende hasta que alcanza su punto de funcionamiento estable. Las curvas características están influenciadas por el número de polos, así como por el diseño y el material del devanado del rotor. El conocimiento de estas curvas características es particularmente importante para los accionamientos que funcionan con pares inversos (por ejemplo, elevadores).
Si el par inverso de la máquina accionada es mayor que el par de inflexión, la velocidad del rotor se «atascará en el valle». El motor ya no alcanzará su punto de funcionamiento nominal (es decir, el punto de funcionamiento estable y térmicamente seguro). El motor incluso se detiene si el par inverso es mayor que el par de arranque.Si un accionamiento en funcionamiento sufre sobrecarga (por ejemplo, una cinta transportadora sobrecargada), su velocidad disminuye a medida que aumenta la carga. Si el par inverso excede el par máximo del motor,el motor se «calada» y la velocidad se reduce 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 depende de la resistencia del conductor y de la intensidad de la corriente que transporta. Las conmutaciones frecuentes y los arranques contra un par inverso imponen una carga térmica muy elevada al motor de corriente alterna. El calentamiento permitido del motor depende de la temperatura del medio de refrigeración circundante (por ejemplo, el aire) y de la resistencia térmica del material de aislamiento del devanado.
Los motores se asignan a clases térmicas(antes denominadas «clases de aislamiento») que regulan las sobrecalentamientos máximos permitidos en los motores. Un motor debe ser capaz de soportar un funcionamiento prolongado a una temperatura elevada, basada en su potencia nominal, dentro de 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) es: dT = 80 K.
Ejemplo:El modo de funcionamiento S3/40 % se aplica si el motor alterna entre cuatro minutos de funcionamiento y seis minutos de desconexión.
La frecuencia de conmutación permitida especifica cuántas veces se puede encender un motor en una hora sin sufrir sobrecarga térmica. Depende de lo siguiente:
La frecuencia de inicio permitida de un motor puede aumentarse mediante las siguientes medidas:
Los motores de corriente alterna pueden funcionar a diferentes velocidades mediante la conmutación de devanados o partes de los mismos. Se obtienen diferentes números de polos al insertar varios devanados en las ranuras del estator o al invertir la dirección del flujo de corriente en partes individuales del devanado. En el caso de devanados 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 con cambio de polos se utilizan, por ejemplo,como accionamientos de desplazamiento. La velocidad de desplazamiento es alta durante el funcionamiento con un número reducido de polos. Para el posicionamiento se conmuta al devanado de baja velocidad. Debido a la inercia, el motor sigue girando inicialmente a alta velocidad durante la conmutación. El motor de corriente alterna funciona como generador durante esta fase y reduce su velocidad. La energía cinética se convierte en energía eléctrica y se devuelve a la red de alimentación. El gran salto de parcausado por el cambio es una desventaja. Sin embargo, se pueden tomar medidas adecuadas en el circuito para reducirlo.
Los avances actuales en tecnología de variadores de bajo costo promueven el reemplazo tecnológico de los motores de polos conmutables por motores de una sola velocidad controlados por variadores de frecuencia en muchas aplicaciones.
Un motor monofásico es una buena opción cuando en sus aplicaciones
Entre los ejemplos típicos de aplicación se incluyen ventiladores, bombas y compresores. Existen dos diferencias fundamentales de diseño aquí:
Por un lado, el motor de CA asíncrono clásico se conecta solo a una fase y al conductor neutro. La tercera conexión se produce mediante un desplazamiento de fase utilizando un condensador.Dado que el condensador solo puede generar un desplazamiento de fase de 90° y no de 120°, este tipo de motor monofásico suele tener una potencia nominal de solo dos tercios de la potencia de un motor de CA comparable.
La segunda forma de construir un motor monofásico implica ajustes técnicos en el bobinado.En lugar del bobinado trifásico, solo se implementan dos fases, una como fase principal y otra como fase auxiliar. Las bobinas, que están desplazadas espacialmente en 90°, también reciben corriente de un condensador con un desplazamiento temporal de 90°, lo que produce el campo de giro. Las relaciones de corriente desiguales entre el bobinado principal y el bobinado auxiliar también suelen permitir solo dos tercios de la potencia de un motor de corriente alterna del mismo tamaño. Los motores típicos para funcionamiento monofásico incluyen motores con condensador, motores de polos en sombra y motores de arranque,que no incluyen condensadores.
La gama de SEW-EURODRIVE incluye ambos tipos de diseño de motores monofásicos: Los motores DRK... Ambos se suministran con un condensador de trabajo integrado. Dado que este condensador está alojado directamente en la caja de bornas, se evitan los contornos que interfieren. Con un condensador de trabajo, se dispone de aproximadamente entre el 45 y el 50 por ciento del par nominal para el arranque.
Para los clientes que requieran un par de arranque más alto, de hasta el 150 % del par nominal, SEW-EURODRIVE puede suministrar los valores de capacitancia de los condensadores de arranque necesarios para este fin, los cuales están disponibles en distribuidores especializados bien surtidos.
Los motores par son motores de corriente alternade diseño especialcon rotores de jaula de ardilla. Por su diseño, están clasificados de tal manera que su consumo de corriente es lo suficientemente alto como para garantizar que no se causen daños térmicos irreparables cuando la velocidad es 0. Esta característica es útil, por ejemplo, al abrir puertas y ajustar agujaso en matrices de prensas, cuando se ha alcanzado una posición y debe mantenerse de forma segura mediante un motor eléctrico.
Otro modo de funcionamiento habitual es el frenado de contracorriente: Una carga externa es capaz de hacer girar el rotor en sentido contrario al sentido de giro del campo de giro. El campo de giro «reduce» la velocidad y extrae energía regenerativa del sistema, que se inyecta en la red de alimentación, de forma similar al frenado rotativo sin trabajo de frenado mecánico.
SEW-EURODRIVE ofrece la DRM../DR2M.. junto con motores de par de 12 polos que están diseñados térmicamente para un uso a largo plazo con el par nominal en estado de reposo. Los motores de par de SEW‑EURODRIVE son adecuados para una variedad de requisitos y velocidades diferentes y están disponibles con hasta tres pares nominales, dependiendo del modo de funcionamiento.
Si utiliza motores eléctricos en áreas donde existe peligro de explosión (según la Directiva 2014/34/UE (ATEX)), se deben tomar medidas preventivas específicas en los accionamientos. Teniendo esto en cuenta, SEW-EURODRIVE ofrece una serie de diseños diferentes en función del área y la región de uso.
SEW‑EURODRIVE ofrece la gamade motores LSPM para aplicaciones que se operan directamente desde la red de alimentación y que también requieren una velocidad síncrona o presentan esta característica sin sensores en un variador simple. LSPM es la abreviatura de «Line Start Permanent Magnet». El motor LSPM es un motor CA asíncrono con imanes permanentes adicionalesen el rotor. Funciona de manera 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 eléctrica. Una tecnología de motores que abre nuevas y flexibles posibilidades de aplicación en la ingeniería de accionamiento,por ejemplo, la transferencia de cargas sin pérdida de velocidad.
Estos motores híbridos compactos no sufren ninguna pérdida en el rotor durante el funcionamiento y se caracterizan por su alta eficiencia. 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 de serie con la misma potencia y clase de eficiencia energética. Por otro lado, los motores del mismo tamaño alcanzan una clase de eficiencia dos veces superior a la de los motores asíncronos.
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