Diferentes tipos de motores: una guía para el comprador de diseños de CA, CC, servomotores y paso a paso

Un OEM de bombas envía el mismo punto de servicio de 15 kW a tres fabricantes de motores y recibe tres máquinas diferentes: un motor de inducción de 4 polos, un motor síncrono de imán permanente y una unidad de CC sin escobillas con accionamiento integrado. Los tres alcanzaron el flujo y la altura requeridos. Sólo una sigue siendo la opción más barata una vez que se le añade el propulsor, el bastidor, el plan de repuestos y ocho años de electricidad.

Las familias siguientes están agrupadas tal y como las ve realmente un proveedor de componentes: según lo que hace el rotor y lo que se debe construir a su alrededor.

Cinco familias de motores que cubren la mayoría de las especificaciones industriales

Los motores universales (bobinados en serie) todavía aparecen en herramientas eléctricas y los motores lineales eliminan la conversión de rotativo a lineal en algunas máquinas herramienta y sistemas de manipulación. Ninguno de los dos cambia la lógica de selección anterior; simplemente añaden una forma.

Los motores de inducción siguen siendo el producto en volumen, y casi todo ese volumen se encuentra en el estator y el núcleo del rotor. El espesor de la laminación, el grado del acero al silicio y la presión de apilamiento deciden qué parte de la energía de entrada sale en forma de calor en lugar de torque, razón por la cual las especificaciones centrales se citan junto al tipo de motor y no después.

Laminaciones del estator y del rotor del motor de CA Laminaciones de acero al silicio no orientadas estampadas con precisión para núcleos de rotor y estator de motores de CA, donde el espesor, la geometría de las ranuras y las rebabas controlan la pérdida y el torque del núcleo. Ver producto →

Cómo cada tipo produce realmente torque

• Campo giratorio primero. Los devanados trifásicos espaciados 120 grados eléctricos producen un campo que viaja a velocidad sincrónica. Todo lo demás en la máquina es una respuesta a ese campo.
• El deslizamiento define el comportamiento de inducción. A plena carga, los motores de inducción pequeños y medianos suelen funcionar con un deslizamiento del 1 al 5 %. Si se supera el par de ruptura, el rotor se detiene en lugar de detenerse con gracia.
• Los imanes eliminan el deslizamiento pero añaden un techo. Un PMSM produce par hasta que la fuerza contraelectromotriz se acerca al voltaje del bus de CC del inversor; por encima de la velocidad base, el accionamiento debe debilitar el campo deliberadamente.
• La conmutación es la línea divisoria. Las escobillas y el conmutador cambian mecánicamente la corriente del rotor; Los accionamientos BLDC y PMSM lo conmutan electrónicamente. La física es similar, el mecanismo de desgaste no.
• El posicionamiento necesita retroalimentación. Un servo cierra el bucle en un codificador y se recupera de una sobrecarga. Un paso a paso funciona en bucle abierto, por lo que un eje atascado pierde pasos silenciosamente y la máquina continúa desde una referencia incorrecta.

Vale la pena leer por separado la brecha de comportamiento entre las dos familias más grandes: Diferencias entre motores de inducción y síncronos cubre el par de arranque, el comportamiento de extracción y dónde cada tipo deja de ser económico.

Comparación lado a lado

Las bandas de eficiencia son indicativas para máquinas de 15 kW y 4 polos y varían según el tamaño del bastidor, el estándar y la calidad de construcción; Úselos para comparar familias, no para reemplazar un valor de placa de identificación.

Los números que los compradores pasan por alto

La eficiencia de la placa de identificación es el número visible. Los ocultos deciden si la máquina seguirá funcionando en el sexto año. El margen de aumento de temperatura es el primero: un motor que funciona cerca de su límite de clase de aislamiento pierde la vida útil del devanado rápidamente, y un núcleo con recorridos cortos de interlaminación excesiva se calentará más de lo que implica la hoja de datos. El par dentado es el segundo, especialmente en diseños PMSM y BLDC para posicionamiento a baja velocidad. La presión de la chimenea es la tercera y es una variable de fabricación más que de diseño.

El método de ensamblaje central cambia los tres. Las laminaciones entrelazadas evitan puentes de soldadura y mantienen limpia la ruta magnética, pero los entrelazados crean cortocircuitos locales entre las láminas. Los núcleos soldados proporcionan la pila más rígida para marcos grandes y alta vibración, a costa de pérdidas en la zona de soldadura. Los núcleos unidos con adhesivo ofrecen el mejor comportamiento ante pérdidas y el funcionamiento más silencioso, a cambio de un proceso más lento y más sensible a la temperatura. Nada de esto aparece en una orden de compra que solo menciona el tipo de motor.

Dónde aterriza cada tipo en el campo

La distribución explica por qué los proveedores mantienen herramientas tanto de velocidad fija como de accionamiento. Los núcleos de inducción aún llenan las líneas de alto volumen, mientras que los núcleos servo y paso a paso exigen un control más estricto de las rebabas y calibres más delgados. Desde el punto de vista estructural, la aplicación determina la carcasa mucho más que el tipo eléctrico: la base de un generador de turbina eólica necesita rigidez y resistencia a la fatiga, una unidad marina necesita sujeción del eje y protección contra la corrosión, y un marco industrial de alto voltaje necesita una ruta de enfriamiento definida.

Ruta de selección: del ciclo de trabajo a las especificaciones de laminación

Conjunto de núcleo de rotor y estator de servomotor Conjunto de núcleo de rotor y estator laminado apilado para servomotores; El diseño optimizado de circuito magnético y ranura para polos reduce la ondulación del par para lograr un movimiento suave y preciso en la construcción de prototipos. Ver producto →

Base de motor tipo caja soldada industrial Base tipo caja soldada con placa de acero para motores industriales grandes, con patas niveladoras, conductos de enfriamiento y opciones de gabinete sellado; La calidad de la soldadura y la rigidez del marco protegen la alineación de los rodamientos. Ver producto →

Notas de mantenimiento, cumplimiento y cadena de suministro

Las afirmaciones de eficiencia deben ser rastreables hasta las clases IEC 60034-30-1 en lugar de un título de catálogo, y el informe de prueba debe indicar el método. Para marcos soldados, la gestión de la calidad de la soldadura según ISO 3834 es tan importante como la especificación eléctrica, porque un marco distorsionado arruina la alineación de los rodamientos mucho antes de que falle el devanado. Los programas automotrices y de vehículos de nuevas energías generalmente requieren la cobertura IATF 16949 del proveedor de componentes, mientras que los compradores industriales en general generalmente trabajan con las normas ISO 9001 e ISO 14001.

En lo que respecta al mantenimiento, las comprobaciones prácticas no son nada glamurosas: tendencia de la temperatura de los rodamientos, firma de vibración, resistencia del aislamiento y, en máquinas alimentadas por accionamiento, voltaje del eje. Mantener un núcleo de repuesto o un motor de repuesto del mismo marco en el estante es más barato que acelerar un reemplazo después de una falla, particularmente para carcasas soldadas de plomo largo. Cuando un tipo de motor se fija mediante una instalación existente, el núcleo y la carcasa son las únicas palancas que quedan y, por lo general, son suficientes para recuperar la eficiencia sin cambiar el espacio.