Motores de CA trifásicos: cómo los núcleos de laminación, la presión del apilamiento y los marcos deciden el rendimiento

Un motor trifásico de 75 kW de una bomba de agua de refrigeración de una planta rara vez falla de forma ruidosa. Va a la deriva. La vibración de los rodamientos aumenta de 1,2 mm/s a 3,5 mm/s en dieciocho meses, una fase consume un cuatro por ciento más de corriente que las otras dos y el devanado se calienta ocho grados más que en la puesta en servicio. Cuando se levanta el motor de la placa base, el devanado suele estar intacto; el daño comenzó en el núcleo del rotor, en una pila que perdió presión de sujeción después de un rebobinado anterior, o en un espacio de aire que, para empezar, nunca fue concéntrico.

Los motores de CA trifásicos son eléctricamente simples y mecánicamente implacables. La teoría cabe en dos páginas. Lo que decide si una unidad funciona quince o cinco años es el hardware dentro del marco: grado de laminación, presión de la pila, uniformidad del entrehierro, sistema de aislamiento, disposición de los rodamientos y ruta de enfriamiento.

¿Qué hace que un motor trifásico arranque y funcione?

Un juego de devanados trifásico está espaciado 120 grados eléctricos alrededor del estator. Alimente las tres fases con corrientes que también están separadas 120 grados en el tiempo, y los campos pulsantes individuales se suman a un campo de magnitud constante que gira a una frecuencia de línea dividida por los pares de polos. Ése es el principio que subyace a la iniciativa propia. Debido a que el campo nunca colapsa y nunca se invierte durante el ciclo, el rotor ve un flujo de barrido constante y desarrolla torque desde parado.

La velocidad sincrónica está fijada por el suministro y el devanado: la velocidad nominal equivale a 120 veces la frecuencia de la línea dividida por el número de polos. En 50 Hz, esto equivale a 3.000 rpm para dos polos, 1.500 para cuatro y 1.000 para seis. A 60 Hz, los mismos devanados dan 3.600, 1.800 y 1.200 rpm. El rotor siempre funciona un poco más lento, porque debe deslizarse detrás del campo para inducir la corriente del rotor, y la corriente inducida es la que produce el par en una máquina de jaula de ardilla.

El conjunto de estator y rotor: donde se establece la eficiencia real

El diseño eléctrico marca el techo. La pila de laminación decide qué tan cerca se acerca la máquina terminada. Un núcleo de estator construido con acero al silicio no orientado de alta calidad de 0,35 mm generalmente reduce la pérdida del núcleo entre un 15 y un 25 por ciento en comparación con el material estándar de 0,50 mm con la misma densidad de flujo, pero el calibre más delgado cuesta más, los espacios en blanco con menos espacio libre para el troquel y castiga cualquier debilidad en el mantenimiento de las herramientas.

La forma en que se unen las láminas es tan importante como el grado, porque cada método de unión compensa el costo de ensamblaje con la pérdida y la rigidez.

• Enclavamiento: hoyuelos o colas de milano perforados en la hoja unen las laminaciones adyacentes. Rápido, sin curado, pero los enclavamientos crean cortocircuitos locales que aumentan la pérdida del núcleo aproximadamente entre un 1 y un 3 por ciento.
• Unión adhesiva: las láminas recubiertas se curan bajo presión, manteniendo las laminaciones eléctricamente aisladas. Esto mejora el factor de apilamiento y reduce la vibración y el ruido audible.
• Soldadura láser o TIG: bajo aporte de calor y alto rendimiento, común en marcos más grandes. La costura de soldadura y la zona afectada por el calor agregan pérdida local, por lo que la ubicación y el número de la costura se especifican, no se dejan en manos del soldador.
• Tacos, barras con llave o pernos pasantes: se utilizan cuando es posible que sea necesario volver a apilar o reparar el núcleo en el campo.

La inspección entrante generalmente se reduce a cuatro números: altura de las rebabas por debajo de 0,05 mm, factor de apilamiento entre 0,95 y 0,97, uniformidad del entrehierro dentro del 10 por ciento del nominal y presión de interlaminación lo suficientemente apretada como para detener el zumbido de la pila al doble de la frecuencia de la línea sin aplastar el revestimiento aislante. Una pila suelta se manifiesta más tarde como una pérdida elevada del núcleo, mayor ruido y, en el peor de los casos, fricción entre laminaciones. El vínculo entre la geometría de laminación y el comportamiento de funcionamiento se trata con más profundidad en esta guía para laminaciones del núcleo del estator .

Laminaciones del estator y del rotor del motor de CA Los motores de CA sirven como núcleo de los sistemas industriales modernos, y el rendimiento de sus núcleos de estator y rotor influye directamente en la eficiencia, la confiabilidad y no... Ver producto →

Monofásico versus trifásico: una comparación práctica

La mayoría de los argumentos de selección se reducen a un puñado de diferencias mensurables más que a preferencias.

Desglose de pérdidas: los números detrás de la placa de identificación

Una hoja de datos cita una cifra de eficiencia. En servicio, cinco componentes de pérdida comparten los vatios y sólo algunos de ellos pueden seguir siendo influenciados después de pedir el motor.

Dos de ellos se deciden en la fase de dibujo. La pérdida del núcleo responde a la calidad del acero, el espesor de la chapa y la forma en que se unen las laminaciones; La pérdida de carga parásita responde a la geometría de la ranura, el espacio de aire y la calidad de la superficie de la pila. Un comprador que acepta un núcleo no especificado acepta un 32 por ciento no especificado de las pérdidas totales.

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Dónde hacen el trabajo los motores trifásicos

La base instalada muestra dónde se ubica el volumen, y el volumen es lo que determina qué características mecánicas son estándar y cuáles son especiales.

Cada tarea impone diferentes exigencias a la vivienda. Un motor de bomba de uso general necesita poco más que un soporte de pie rígido y una vía de enfriamiento limpia. La base de un generador de turbina eólica, una máquina industrial de alto voltaje o una unidad marina refrigerada por agua necesita un marco de caja soldada con distorsión controlada después de la soldadura, protección contra la corrosión definida y una disposición de enfriamiento que sobreviva la niebla salina o el funcionamiento continuo a carga parcial. Esos son problemas de fabricación antes que eléctricos.

Base de motor tipo caja soldada industrial I. Concepto básico y posicionamiento Ver producto →

Secuencia de selección y recuperación de la inversión

Seguir estos pasos en orden evita el error más costoso en la adquisición de motores, que es comprar una clase de eficiencia más alta de la que el impuesto jamás podrá recuperar.

Puntos de mantenimiento y cumplimiento que se auditan

Los estándares de eficiencia, los límites de vibración y los sistemas de calidad de la soldadura son las tres áreas en las que el papeleo y el hardware deben estar de acuerdo.

• Eficiencia y clasificación: IEC 60034-30-1 define las clases IE y IEC 60034-1 establece la base de clasificación. El aislamiento de clase F con un aumento de temperatura de clase B sigue siendo una forma común de comprar margen térmico.
• Vibración: ISO 20816-1 reemplaza los límites anteriores de ISO 10816 para las pruebas de aceptación. Los límites de las zonas A y B son la referencia durante la puesta en servicio.
• Corrientes de eje en servicio VFD: un rodamiento aislado en el extremo no accionado más un anillo de puesta a tierra del eje evita las estrías que arruinan los rodamientos en un año en transmisiones grandes.
• Resistencia de aislamiento: la guía IEEE 43 establece el mínimo en un megaohmio más un megaohmio por kV de voltaje nominal, corregido a 40 grados Celsius.
• Marcos y estructuras soldados: los requisitos de calidad de soldadura ISO 3834, combinados con ISO 9001, IATF 16949 para suministro automotriz y de tracción, e ISO 14001, cubren la documentación que los compradores ahora solicitan con las cotizaciones.
• Protección contra la corrosión: las carcasas marinas y costa afuera viven o mueren según las especificaciones del recubrimiento y la preparación de la superficie, no según la marca de pintura.

Un programa de tendencias simple detecta la mayor parte de esto de manera temprana: lecturas de vibración trimestrales, termografía anual, resistencia de aislamiento en cada apagado y análisis de la firma de corriente del motor en cualquier variador que no pueda desconectarse.

La conclusión práctica es que un motor trifásico es un sistema, y ​​las partes que se desgastan, cantan, se sobrecalientan o desperdician energía son mecánicas y metalúrgicas: el núcleo, el bastidor, el entrehierro, los cojinetes y la vía de enfriamiento. Los compradores que especifican el grado de laminación, el espesor de la lámina, el método de apilado y la construcción del marco junto con la clasificación eléctrica obtienen una máquina cuya eficiencia nominal sobrevive al contacto con el piso de la planta.

Esa cadena de acero al silicio a través de laminaciones estampadas, núcleos terminados y marcos soldados es exactamente lo que nuestro capacidades de fabricación están organizados, con prototipos a nivel de muestra para nuevos diseños y suministro en volumen para programas establecidos.