¿Qué es un motor de accionamiento de CA?

¿Qué es un motor de accionamiento de CA?

un motor de accionamiento de CA Es un motor eléctrico que funciona con corriente alterna y está emparejado con un variador de frecuencia, una unidad de control que ajusta el voltaje y la frecuencia suministrada al motor para que su velocidad y par puedan cambiarse mientras está en funcionamiento. En lugar de girar a una velocidad fija vinculada directamente a la frecuencia de la línea eléctrica, el motor responde a una señal de control que aumenta o reduce la velocidad de rotación para adaptarse a lo que una máquina o proceso realmente necesita en un momento dado. Esta combinación de motor y variador es lo que separa un motor de variador de CA de un motor de CA de velocidad fija convencional conectado directamente a la red eléctrica.

El valor práctico de esta configuración se muestra en el uso de energía y el control mecánico. Una bomba o ventilador que sólo necesita funcionar a capacidad parcial durante parte de un turno se puede desacelerar en lugar de estrangularse con una válvula o amortiguador, lo que reduce el consumo eléctrico y reduce la tensión mecánica en el equipo conectado. Debido a que el par y la aceleración se pueden configurar electrónicamente, el mismo motor también puede arrancar cargas suavemente, evitando los picos de corriente y los golpes mecánicos que conlleva el arranque directo en línea.

Cómo funciona el control de frecuencia variable

El variador convierte la energía de CA entrante en CC y luego la reconstruye en una nueva forma de onda de CA a una frecuencia elegida por la configuración de control, un proceso comúnmente llamado modulación de ancho de pulso. Dado que la velocidad síncrona de un motor de CA es proporcional a la frecuencia del suministro, cambiar esa frecuencia cambia la velocidad de rotación del motor. Un motor clasificado para 60Hz funcionamiento, por ejemplo, gira aproximadamente la mitad de rápido cuando el accionamiento le suministra 30Hz , y la relación se mantiene en una amplia parte del rango de frecuencia utilizable.

El voltaje se ajusta junto con la frecuencia para mantener el flujo magnético dentro del motor dentro de un rango viable, una técnica a menudo denominada control de voltios por hercio. Salir de esa relación a bajas velocidades puede causar que el motor se sobrecaliente o pierda torque, por lo que los variadores incluyen lógica de compensación para mantener una magnetización adecuada incluso cuando el motor está funcionando muy por debajo de su velocidad nominal. Las unidades más avanzadas utilizan control vectorial o estimación de flujo sin sensores para mantener el par estable incluso bajo cargas cambiantes, lo cual es importante en aplicaciones como transportadores que arrancan con carga completa o polipastos que necesitan un posicionamiento preciso.

Componentes y materiales principales

Dentro de la carcasa del motor, un estator estacionario enrollado con bobinas de cobre genera un campo magnético giratorio, mientras que un rotor (típicamente un diseño de jaula de ardilla hecho de acero laminado al silicio con barras de cobre o aluminio incrustadas) gira en respuesta a ese campo. Las laminaciones reducen las pérdidas por corrientes parásitas, lo que mantiene el motor más frío y mejora la eficiencia en comparación con los núcleos de hierro sólido. Los cojinetes sostienen el eje del rotor y se seleccionan en función de la dirección y la velocidad de la carga; Los rodamientos de bolas sellados son comunes en los motores industriales en general, mientras que las unidades más grandes pueden usar rodamientos de rodillos clasificados para cargas radiales más pesadas.

El aislamiento del devanado se clasifica según la temperatura que puede tolerar antes de descomponerse, y esta clasificación determina cuánto margen térmico tiene un motor durante el funcionamiento continuo. La siguiente tabla resume las clases de aislamiento utilizadas comúnmente y sus límites de temperatura asociados.

Tipos de motores utilizados con variadores de CA

Los motores de inducción comúnmente se combinan con variadores de frecuencia debido a su construcción simple y tolerancia a un amplio rango de velocidades. Los motores síncronos de imanes permanentes se utilizan cuando se necesita una mayor eficiencia con carga parcial o una huella física más pequeña, ya que el campo magnético del rotor no depende de la corriente inducida. Una categoría menos común pero cada vez más relevante es el motor sumergido o sumergido en aceite, donde el rotor y el estator se encuentran dentro de un baño de fluido hidráulico en lugar de al aire libre, lo que cambia la forma en que se gestionan el calor y la lubricación dentro de la unidad.

1. Motores de inducción de jaula de ardilla, utilizados en bombas, ventiladores y accionamientos de transportadores
2. Motores síncronos de imanes permanentes, utilizados cuando el tamaño compacto y el par constante a baja velocidad son importantes
3. Motores de rotor bobinado, utilizados en aplicaciones que necesitan un par de arranque ajustable.
4. Motores sumergidos en baño de aceite, utilizados en unidades de potencia hidráulica compactas.

Diseño de motores sumergidos en aceite en unidades de potencia hidráulica

Una variación notable del motor de accionamiento de CA estándar refrigerado por aire es un diseño sumergido, donde tanto el rotor como el estator funcionan completamente sumergidos en fluido hidráulico en lugar de expuestos al aire libre. Debido a que el fluido hidráulico conduce el calor lejos de los devanados de manera mucho más efectiva que el aire, este diseño evita los cuellos de botella térmicos que limitan el rendimiento de servicio continuo en las unidades tradicionales enfriadas por aire. Los motores construidos de esta manera normalmente funcionan en un rango de potencia que abarca aproximadamente 550W a 3000W y puede mantener un funcionamiento prolongado sin la acumulación térmica que, de otro modo, obligaría a una reducción en el ciclo de trabajo.

El baño de fluido también proporciona lubricación continua a los cojinetes internos, lo que reduce la fricción y el desgaste en comparación con los diseños lubricados con grasa, y elimina la necesidad de sellos de eje que de otro modo se desgastarían contra una superficie giratoria. El efecto combinado es un funcionamiento notablemente más silencioso, lo que hace que este tipo de motor sea adecuado para entornos de laboratorio o instalaciones interiores donde los niveles de ruido deben mantenerse bajos. Para resistir el contacto constante de fluidos, el cableado interno utiliza material conductor resistente al aceite y al calor con aislamiento típicamente clasificado como Clase B o Clase F, protegiendo el sistema eléctrico de la corrosión gradual. El tamaño físico de estas unidades generalmente cae entre 158 mm y 235 mm , y la propia carcasa a menudo tiene una clasificación IP00 abierta, dependiendo del depósito hidráulico circundante para proporcionar la protección ambiental secundaria que normalmente proporcionaría una carcasa sellada. Esta construcción se utiliza en paquetes de energía hidráulica de uso general, donde el motor impulsa una bomba hidráulica directamente y se beneficia de la doble función del fluido como refrigerante y lubricante.

Dónde se aplican los motores de accionamiento de CA

Los motores de accionamiento de CA de velocidad variable aparecen dondequiera que un proceso se beneficie de un flujo, presión o movimiento ajustables en lugar de una única salida fija. En las plantas de tratamiento de agua, las bombas impulsadas por estos motores ajustan el caudal para satisfacer la demanda durante el día en lugar de funcionar continuamente a plena potencia. En los sistemas HVAC, los motores de los ventiladores se desaceleran durante los períodos de menor demanda de enfriamiento, lo que reduce tanto el consumo de energía como el ruido de los conductos. Las máquinas herramienta utilizan motores de husillo controlados por accionamiento para variar la velocidad de corte según el material y la geometría de la herramienta, mientras que las líneas de envasado los utilizan para sincronizar la velocidad del transportador con los equipos ascendentes y descendentes.

Las unidades de energía hidráulica construidas alrededor de motores sumergidos compactos se utilizan en equipos como plataformas elevadoras, sistemas auxiliares de moldeo por inyección y herramientas hidráulicas móviles, donde es preferible una fuente de energía autónoma y de bajo ruido a un conjunto de motor y bomba enfriado por separado. Las aplicaciones de maquinaria general en todo el sector manufacturero también dependen de motores de accionamiento de CA para hacer funcionar compresores, mezcladores y equipos de manipulación de materiales, ajustando la velocidad a medida que cambian los tamaños de los lotes o los pasos del proceso.

Consideraciones de mantenimiento

El mantenimiento de rutina para motores de accionamiento de CA se centra en monitorear la temperatura del devanado, verificar periódicamente la resistencia del aislamiento y mantener las rutas de enfriamiento libres de polvo o desechos en diseños enfriados por aire. Los intervalos de lubricación de los rodamientos dependen del ciclo de trabajo y la temperatura ambiente, y el análisis de vibraciones puede detectar el desgaste de los rodamientos antes de que provoque una falla. Para las unidades de motor sumergidas, la condición del fluido es tan importante como las comprobaciones eléctricas; El aceite hidráulico debe inspeccionarse para detectar contaminación y rellenarse o cambiarse según el programa del fabricante del equipo, ya que el fluido degradado afecta tanto el rendimiento de refrigeración como la calidad de la lubricación.

Señales que vale la pena seguir durante la operación

Un ruido inusual, un aumento en la temperatura de funcionamiento más allá del rango nominal del motor o un cambio en el consumo de corriente en una carga determinada son señales que vale la pena investigar antes de que se conviertan en un problema mayor. Los parámetros del variador, como la frecuencia de salida y los límites de torsión, generalmente se registran automáticamente, lo que brinda al personal de mantenimiento un registro para comparar con las lecturas de referencia tomadas cuando el equipo se puso en servicio inicialmente.