hace 12 años
La eficiencia de un motor mide la conversión de la energía eléctrica en trabajo útil. La energía que se pierde se convierte en calor. Para aumentar la eficiencia es preciso reducir estas pérdidas. Las pérdidas de los motores se pueden clasificar en cinco categorías principales. Dos de éstas las [quote]pérdidas en el hierro del núcleo y las pérdidas por resistencia aerodinámi[/quote]ca y fricción se clasifican como pérdidas no relacionadas con la carga, ya que permanecen constantes con independencia de la misma.
Las pérdidas relacionadas con la carga, es decir, que varían con ella, son las pérdidas en el cobre del estator, las pérdidas en el rotor y las pérdidas de carga por dispersión. En todas estas pérdidas pueden influir diversas consideraciones de diseño y construcción, es decir, la calidad de los procesos de diseño y fabricación. Las pérdidas en el hierro del núcleo se deben a la energía requerida para vencer la oposición del material del Núcleo a la variación de los campos magnéticos.
Los diseñadores pueden reducir estas pérdidas usando acero de mejor calidad y aumentando la longitud del núcleo, lo que reduce la densidad de flujo magnético. Las pérdidas por resistencia aerodinámica y por fricción son causadas por la resistencia del aire y por el rozamiento de los cojinetes. En los motores de alta calidad, estas pérdidas se reducen seleccionando mejor los cojinetes y juntas y mejorando el diseño del flujo de aire y del ventilador. Éste ha de ser suficientemente grande para proporcionar una adecuada refrigeración, pero no demasiado grande, ya que se reduciría la eficiencia y aumentaría el ruido. El tamaño de las paletas y el paso entre ellas varían según los modelos para obtener resultados óptimos.
De las pérdidas que varían con la carga, las pérdidas en el cobre del estator
(Conocidas como pérdidas I2R) son causadas por el calentamiento provocado por la circulación de corriente a través de la resistencia del devanado del estator. Entre las técnicas empleadas para reducir estas pérdidas está la optimización del diseño de las ranuras del estator. Las laminaciones del estator deben ser de acero de baja pérdida, lo más uniformes y delgadas posibles, para maximizar la intensidad de los campos magnéticos. Deben estar alineadas cuidadosamente para garantizar que los canales sean rectos. Naturalmente, cuanto más delgadas sean las laminaciones, tanto más caras serán de producir; además, una gran precisión de alineamiento exige técnicas de producción más especializadas.
Las pérdidas en el rotor están causadas por las corrientes en el mismo y por las pérdidas en el hierro. En los motores de alta eficiencia, estas pérdidas se reducen aumentando el tamaño de las barras conductoras y los anillos terminales para reducir la resistencia. Las pérdidas de carga por dispersión resultan del flujo de fugas inducidas por las corrientes de carga y se pueden reducir mejorando la forma geométrica de las ranuras.
Pérdidas no debidas a la carga
Pérdidas en el hierro del núcleo 18%
Pérdidas de resistencia aerodinámica y fricción 10%
Pérdidas debidas a la carga
Pérdidas en el cobre del estátor34%
Pérdidas en el rotor 24%
Pérdidas de carga por dispersión14%
Una simple suma entre las perdidas del hierro y las perdidas en el cobre del estator nos darían un significativo 52% mas que suficiente para dudar de la calidad del hierro y del cobre utilizado en la construcción del motor, en casos de fallas relacionadas.
La alta calidad, especialmente la de los materiales utilizados, es la base de la fiabilidad. Por término medio, los materiales representan el 55% del coste de un motor.
Puesto que más de la mitad del coste total se va en materiales, es obvio que
los fabricantes que intenten reducir costes demasiado agresivamente, escatimarán en los materiales y sus productos serán menos fiables.
Las dos causas más frecuentes de averías de motores son los cojinetes y
devanados, de modo que estos componentes son esenciales para determinar la fiabilidad global. En el caso de los cojinetes y devanados, la temperatura de operación en el interior del motor es el factor más importante sobre la vida útil del componente. Un motor eficiente y de alta calidad, funcionando a plena carga, puede experimentar un aumento normal de temperatura de 60–80°C, pero esta cifra puede llegar a ser de hasta 100°C en los motores de menor calidad. El aumento de temperatura puede ser mayor, sin provocar problemas, sólo en los motores diseñados especialmente para ello, que disponen de un sistema aislante apropiado que resiste las altas temperaturas.
Para conseguir fiabilidad máxima es importante utilizar cojinetes de alta calidad. Los diseñadores seleccionan el tipo de cojinete adecuado para la aplicación y la carga concretas y a continuación elaborar un régimen de engrase apropiado para la aplicación en las condiciones de operación.
Dado que la grasa se degrada con las altas temperaturas, es importante limitar el aumento de temperatura. Una reducción de 10–15°C de la temperatura de operación debe duplicar, en teoría, la vida útil de la grasa del cojinete.
Las temperaturas internas excesivas también afectan a la vida útil de los devanados. En este caso, es el aislamiento en el hilo de cobre el que se degrada por efecto de las altas temperaturas. Un aumento de 10°C en la temperatura de operación puede reducir a la mitad la vida útil del devanado.
Por esta razón, la mayoría de los motores se fabrican con aislamiento de Clase F (155°C), pero se diseñan para funcionar a temperaturas no superiores a las de Clase B (130°C). El aumento de temperatura es un aspecto del rendimiento de los motores que se investiga permanentemente.
Otro factor de la fiabilidad del devanado es la tensión soportada, que mide la integridad del devanado.
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