Motores CA trifásicos: como os núcleos de laminação, a pressão da pilha e as estruturas decidem o desempenho

Um motor trifásico de 75 kW em uma bomba de água de resfriamento de uma planta raramente falha ruidosamente. Ele flutua. A vibração do rolamento sobe de 1,2 mm/s para 3,5 mm/s ao longo de dezoito meses, uma fase puxa quatro por cento mais corrente do que as outras duas e o enrolamento funciona oito graus mais quente do que no comissionamento. No momento em que o motor é retirado da placa de base, o enrolamento geralmente está intacto; o dano começou no núcleo do rotor, em uma pilha que perdeu a pressão de fixação após um rebobinamento anterior ou em um entreferro que, para começar, nunca foi concêntrico.

Os motores CA trifásicos são eletricamente simples e mecanicamente implacáveis. A teoria cabe em duas páginas. O que decide se um inversor funciona por quinze ou cinco anos é o hardware dentro da estrutura: grau de laminação, pressão da pilha, uniformidade do entreferro, sistema de isolamento, disposição dos rolamentos e caminho de resfriamento.

O que faz um motor trifásico dar partida e funcionar

Um conjunto de enrolamentos trifásicos está espaçado de 120 graus elétricos ao redor do estator. Alimente as três fases com correntes que também estão separadas no tempo por 120 graus, e os campos pulsantes individuais se somam a um campo de magnitude constante que gira na frequência da linha dividida pelos pares de pólos. Esse é todo o princípio por trás da autoinicialização. Como o campo nunca entra em colapso e nunca inverte durante o ciclo, o rotor vê um fluxo constante e desenvolve torque a partir da paralisação.

A velocidade síncrona é fixada pela alimentação e pelo enrolamento: a velocidade nominal é igual a 120 vezes a frequência da linha dividida pelo número de pólos. Em 50 Hz, são 3.000 rpm para dois pólos, 1.500 para quatro e 1.000 para seis. Em 60 Hz os mesmos enrolamentos dão 3.600, 1.800 e 1.200 rpm. O rotor sempre funciona um pouco mais devagar, porque deve deslizar para trás do campo para induzir a corrente do rotor, e a corrente induzida é o que produz torque em uma máquina de gaiola de esquilo.

A pilha do estator e do rotor: onde a eficiência real é definida

O projeto elétrico define o teto. A pilha de laminação decide o quão perto a máquina acabada chega dela. Um núcleo de estator construído em aço silício não orientado de alta qualidade de 0,35 mm normalmente reduz a perda do núcleo em 15 a 25 por cento em relação ao material padrão de 0,50 mm com a mesma densidade de fluxo, mas o calibre mais fino custa mais, os blanks com menos folga da matriz e pune qualquer fraqueza na manutenção das ferramentas.

A forma como as chapas são unidas é tão importante quanto a qualidade, porque cada método de união compensa o custo de montagem com perda e rigidez.

• Intertravamento: covinhas ou encaixes perfurados na folha prendem as laminações adjacentes. Rápido, sem cura, mas os intertravamentos criam curtos-circuitos locais que aumentam a perda do núcleo em aproximadamente 1 a 3 por cento.
• Colagem adesiva: as chapas revestidas são curadas sob pressão, mantendo as laminações eletricamente isoladas. Isto melhora o fator de empilhamento e reduz a vibração e o ruído audível.
• Soldagem a laser ou TIG: baixo aporte térmico e alto rendimento, comum em estruturas maiores. A costura de solda e a zona afetada pelo calor adicionam perda local, de modo que o posicionamento e a contagem da costura são especificados e não deixados para o soldador.
• Grampos, barras chaveadas ou parafusos passantes: usados ​​onde o núcleo pode precisar ser reempilhado ou reparado em campo.

A inspeção de entrada geralmente se resume a quatro números: altura da rebarba abaixo de 0,05 mm, fator de empilhamento entre 0,95 e 0,97, uniformidade do entreferro dentro de 10% do nominal e pressão de interlaminação apertada o suficiente para impedir que a pilha cante no dobro da frequência da linha sem esmagar o revestimento de isolamento. Uma pilha solta aparece mais tarde como elevada perda de núcleo, maior ruído e, na pior das hipóteses, desgaste entre as laminações. A ligação entre a geometria da laminação e o comportamento de funcionamento é abordada com mais profundidade neste guia para laminações do núcleo do estator .

Laminações de estator e rotor de motor CA Os motores CA servem como o núcleo dos sistemas industriais modernos, e o desempenho dos núcleos do estator e do rotor influencia diretamente a eficiência, a confiabilidade e a não... Ver Produto →

Monofásico versus Trifásico: Uma Comparação Prática

A maioria dos argumentos de seleção se resume a um punhado de diferenças mensuráveis, e não a preferências.

Análise das perdas: os números por trás da placa de identificação

Uma folha de dados cita um número de eficiência. Em serviço, cinco componentes de perda compartilham os watts, e apenas alguns deles ainda podem ser influenciados após o pedido do motor.

Duas delas são decididas na fase de sorteio. A perda do núcleo responde ao tipo de aço, à espessura da chapa e à forma como as laminações são unidas; a perda de carga parasita responde à geometria da ranhura, ao entreferro e à qualidade da superfície da pilha. Um comprador que aceita um núcleo não especificado está aceitando 32% não especificados das perdas totais.

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Onde os motores trifásicos fazem o trabalho

A base instalada mostra onde fica o volume, e o volume é o que determina quais recursos mecânicos são padrão e quais são especiais.

Cada dever impõe demandas diferentes à habitação. Um motor de bomba de uso geral precisa de pouco mais do que uma montagem rígida e um caminho de resfriamento limpo. Uma base de gerador de turbina eólica, uma máquina industrial de alta tensão ou uma unidade marítima resfriada a água precisa de uma estrutura de caixa soldada com distorção controlada após a soldagem, proteção contra corrosão definida e um arranjo de resfriamento que sobreviva à névoa salina ou ao funcionamento contínuo com carga parcial. Esses são problemas de fabricação antes de serem elétricos.

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Sequência de seleção e retorno

Seguir essas etapas em ordem evita o erro mais caro na aquisição de motores, que é comprar uma classe de eficiência mais alta do que a taxa poderá recuperar.

Pontos de manutenção e conformidade que são auditados

Padrões de eficiência, limites de vibração e sistemas de qualidade de soldagem são as três áreas onde a documentação e o hardware devem estar de acordo.

• Eficiência e classificação: A IEC 60034-30-1 define as classes IE e a IEC 60034-1 define a base de classificação. O isolamento classe F com aumento de temperatura classe B continua sendo uma forma comum de comprar margem térmica.
• Vibração: A ISO 20816-1 substitui os antigos limites da ISO 10816 para testes de aceitação. Os limites das zonas A e B são a referência durante o comissionamento.
• Correntes do eixo em operação com VFD: um rolamento isolado na extremidade sem acionamento e um anel de aterramento do eixo evitam estrias que danificam os rolamentos dentro de um ano em acionamentos grandes.
• Resistência de isolamento: A orientação IEEE 43 define o mínimo em um megohm mais um megohm por kV de tensão nominal, corrigida para 40 graus Celsius.
• Estruturas e estruturas soldadas: Os requisitos de qualidade de soldagem ISO 3834, combinados com ISO 9001, IATF 16949 para fornecimento automotivo e de tração e ISO 14001, cobrem a documentação que os compradores agora solicitam com cotações.
• Proteção contra corrosão: caixas marítimas e offshore vivem ou morrem de acordo com as especificações do revestimento e preparação da superfície, e não pela marca da tinta.

Um programa simples de tendências detecta a maior parte disso antecipadamente: leituras trimestrais de vibração, termografia anual, resistência de isolamento em cada desligamento e análise de assinatura de corrente do motor em qualquer inversor que não possa ser colocado off-line.

A conclusão prática é que um motor trifásico é um sistema, e as peças que se desgastam, cantam, superaquecem ou desperdiçam energia são mecânicas e metalúrgicas: o núcleo, a carcaça, o entreferro, os rolamentos e o caminho de resfriamento. Os compradores que especificam o grau de laminação, a espessura da chapa, o método de empilhamento e a construção da estrutura juntamente com a classificação elétrica obtêm uma máquina cuja eficiência nominal sobrevive ao contato com o chão de fábrica.

Essa cadeia desde o aço silício até as laminações estampadas, núcleos acabados e estruturas soldadas é exatamente o que o nosso capacidades de fabricação são organizados em torno, com prototipagem em nível de amostra para novos designs e fornecimento de volume para programas estabelecidos.