Motori CA trifase: in che modo i nuclei di laminazione, la pressione della pila e i telai determinano le prestazioni

Un motore trifase da 75 kW su una pompa dell'acqua di raffreddamento di un impianto raramente si guasta rumorosamente. Va alla deriva. Le vibrazioni dei cuscinetti salgono da 1,2 mm/s a 3,5 mm/s in diciotto mesi, una fase assorbe il 4% in più di corrente rispetto alle altre due e l'avvolgimento è più caldo di otto gradi rispetto alla messa in servizio. Quando il motore viene sollevato dalla piastra base, l'avvolgimento è spesso intatto; il danno è iniziato nel nucleo del rotore, in una pila che ha perso la pressione di bloccaggio dopo un precedente riavvolgimento o in un traferro che non era mai concentrico all'inizio.

I motori CA trifase sono elettricamente semplici e meccanicamente spietati. La teoria sta su due pagine. Ciò che decide se un'unità funziona per quindici o cinque anni è l'hardware all'interno del telaio: grado di laminazione, pressione dello stack, uniformità del traferro, sistema di isolamento, disposizione dei cuscinetti e percorso di raffreddamento.

Cosa fa sì che un motore trifase si avvii e funzioni

Un set di avvolgimenti trifase è distanziato di 120 gradi elettrici attorno allo statore. Alimentando le tre fasi con correnti che sono anche distanti 120 gradi nel tempo, i singoli campi pulsanti si sommano a un campo di grandezza costante che ruota alla frequenza di linea divisa per le coppie polari. Questo è l'intero principio alla base dell'autoavviamento. Poiché il campo non collassa mai e non si inverte mai durante il ciclo, il rotore vede un flusso costante e sviluppa una coppia da fermo.

La velocità sincrona è fissata dall'alimentazione e dall'avvolgimento: la velocità nominale è pari a 120 volte la frequenza di linea divisa per il numero di poli. A 50 Hz ovvero 3.000 giri al minuto per due poli, 1.500 per quattro e 1.000 per sei. A 60 Hz gli stessi avvolgimenti danno 3.600, 1.800 e 1.200 giri/min. Il rotore gira sempre leggermente più lentamente, perché deve scivolare dietro il campo per indurre la corrente nel rotore, e la corrente indotta è ciò che produce la coppia in una macchina a gabbia di scoiattolo.

Lo statore e il rotore: dove si trova la vera efficienza

La progettazione elettrica stabilisce il limite. La pila di laminazione decide quanto si avvicina la macchina finita. Un nucleo dello statore costruito con acciaio al silicio non orientato di alta qualità da 0,35 mm riduce in genere la perdita del nucleo del 15-25% rispetto al materiale standard da 0,50 mm alla stessa densità di flusso, ma il calibro più sottile costa di più, i pezzi grezzi hanno meno gioco dello stampo e punisce qualsiasi debolezza nella manutenzione degli utensili.

Il modo in cui i fogli vengono uniti è importante tanto quanto la qualità, perché ogni metodo di giunzione baratta i costi di assemblaggio con perdite e rigidità.

• Incastro: fossette o code di rondine punzonate nella lamiera bloccano insieme le lamiere adiacenti. Veloce, senza indurimento, ma gli interblocchi creano cortocircuiti locali che aumentano la perdita del nucleo di circa l'1-3%.
• Incollaggio adesivo: i fogli rivestiti vengono polimerizzati sotto pressione, mantenendo le laminazioni elettricamente isolate. Ciò migliora il fattore di impilamento e riduce le vibrazioni e il rumore udibile.
• Saldatura laser o TIG: basso apporto di calore e produttività elevata, comune su telai più grandi. Il cordone di saldatura e la zona influenzata dal calore aggiungono perdite locali, quindi il posizionamento e il conteggio dei cordoni sono specificati e non lasciati al saldatore.
• Tacchetti, barre con chiavetta o bulloni passanti: utilizzati laddove potrebbe essere necessario riimpilare o riparare il nucleo sul campo.

L'ispezione in entrata di solito si riduce a quattro numeri: altezza della bava inferiore a 0,05 mm, fattore di impilamento tra 0,95 e 0,97, uniformità del traferro entro il 10% del valore nominale e pressione di interlaminazione sufficientemente stretta da impedire allo stack di cantare a una frequenza doppia della linea senza schiacciare il rivestimento isolante. Uno stack allentato si manifesta successivamente con un'elevata perdita del nucleo, un rumore più elevato e, nel peggiore dei casi, sfregamenti tra le laminazioni. Il collegamento tra la geometria della laminazione e il comportamento di corsa è trattato in modo più approfondito in questa guida laminazioni del nucleo dello statore .

Laminazioni dello statore e del rotore del motore CA I motori CA costituiscono il nucleo dei moderni sistemi industriali e le prestazioni dei nuclei dello statore e del rotore influenzano direttamente l'efficienza, l'affidabilità e... Visualizza il prodotto →

Monofase contro trifase: un confronto pratico

La maggior parte degli argomenti relativi alla selezione si riducono a una manciata di differenze misurabili piuttosto che alle preferenze.

Ripartizione delle perdite: i numeri dietro la targa

Una scheda tecnica cita una cifra di efficienza. In servizio, cinque componenti di perdita condividono i watt e solo alcuni di essi possono ancora essere influenzati dopo l'ordine del motore.

Due di questi vengono decisi in fase di sorteggio. La perdita del nucleo dipende dal tipo di acciaio, dallo spessore della lamiera e dal modo in cui i lamierini sono uniti; La perdita di carico vagante dipende dalla geometria della fessura, dal traferro e dalla qualità della superficie della pila. Un acquirente che accetta un nucleo non specificato accetta un 32% non specificato delle perdite totali.

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Dove lavorano i motori trifase

La base installata mostra dove si trova il volume e il volume è ciò che determina quali caratteristiche meccaniche sono standard e quali sono speciali.

Ogni compito impone richieste diverse all'edilizia abitativa. Un motore di pompa per uso generale necessita di poco più di un supporto rigido e di un percorso di raffreddamento pulito. La base di un generatore eolico, una macchina industriale ad alta tensione o un'unità marina raffreddata ad acqua necessita di un telaio scatolato saldato con distorsione controllata dopo la saldatura, protezione definita dalla corrosione e un sistema di raffreddamento che resista alla nebbia salina o al funzionamento continuo a carico parziale. Questi sono problemi di fabbricazione prima che elettrici.

Base motore industriale di tipo scatolato saldato I. Concetto di base e posizionamento Visualizza il prodotto →

Sequenza di selezione e rimborso

Seguendo questi passaggi si evita l'errore più costoso nell'approvvigionamento di motori, ovvero acquistare una classe di efficienza superiore a quella che la tassa potrà mai recuperare.

Punti di manutenzione e conformità che vengono controllati

Standard di efficienza, limiti di vibrazione e sistemi di qualità della saldatura sono le tre aree in cui documentazione e hardware devono concordare.

• Efficienza e classificazione: la norma IEC 60034-30-1 definisce le classi IE e la norma IEC 60034-1 stabilisce la base di classificazione. L'isolamento di classe F con un aumento di temperatura di classe B rimane un modo comune per acquistare un margine termico.
• Vibrazioni: ISO 20816-1 sostituisce i vecchi limiti ISO 10816 per i test di accettazione. I confini delle zone A e B costituiscono il riferimento durante la messa in servizio.
• Correnti dell'albero in servizio VFD: un cuscinetto isolato sul lato opposto alla trasmissione più un anello di messa a terra dell'albero previene la formazione di scanalature che rovina i cuscinetti entro un anno su azionamenti di grandi dimensioni.
• Resistenza di isolamento: la guida IEEE 43 stabilisce il minimo a un megohm più un megohm per kV di tensione nominale, corretta a 40 gradi Celsius.
• Telai e strutture saldate: i requisiti di qualità della saldatura ISO 3834, combinati con ISO 9001, IATF 16949 per la fornitura automobilistica e di trazione e ISO 14001, coprono la documentazione che gli acquirenti ora richiedono con i preventivi.
• Protezione dalla corrosione: le custodie marine e offshore vivono o muoiono in base alle specifiche del rivestimento e alla preparazione della superficie, non in base al marchio della vernice.

Un semplice programma di trend rileva la maggior parte di questi dati in anticipo: letture trimestrali delle vibrazioni, termografia annuale, resistenza di isolamento a ogni spegnimento e analisi della firma della corrente del motore su qualsiasi unità che non può essere messa offline.

La conclusione pratica è che un motore trifase è un sistema e le parti che si usurano, cantano, si surriscaldano o sprecano energia sono meccaniche e metallurgiche: il nucleo, il telaio, il traferro, i cuscinetti e il percorso di raffreddamento. Gli acquirenti che specificano il grado di laminazione, lo spessore della lamiera, il metodo di impilamento e la struttura del telaio insieme alla potenza elettrica ottengono una macchina la cui efficienza indicata sulla targhetta sopravvive al contatto con l'impianto.

Quella catena in acciaio al silicio attraverso lamierini stampati, nuclei finiti e telai saldati è esattamente ciò che la nostra capacità produttive sono organizzati, con prototipazione a livello di campione per nuovi progetti e fornitura di volumi per programmi consolidati.