Un motor eléctrico consta de un rotor colocado dentro de un campo magnético giratorio. Bajo la influencia de este campo magnético giratorio, el rotor adquiere un par de rotación que lo hace girar. Los motores asíncronos funcionan en un amplio rango de potencia, desde unos pocos vatios hasta decenas de miles de kilovatios, y proporcionan energía para diversos equipos mecánicos y electrodomésticos.
Un motor eléctrico (comúnmente llamado "motor") es un dispositivo electromagnético que convierte o transmite energía eléctrica basándose en el principio de inducción electromagnética. Su función principal es generar par motor, sirviendo como fuente de energía para aparatos eléctricos o diversos equipos mecánicos.
La función principal de un generador es convertir energía eléctrica en energía mecánica.
Un motor eléctrico consta principalmente de un devanado de electroimán o devanados de estator distribuidos para generar un campo magnético, una armadura o rotor giratorio y otros accesorios. Bajo la influencia del campo magnético giratorio producido por los devanados del estator, la corriente fluye a través del marco de aluminio de jaula de ardilla-de la armadura. Esta corriente interactúa con el campo magnético, haciendo que la armadura gire.
Estator (parte estacionaria) Núcleo del estator: Componente del circuito magnético del motor, sobre el cual se montan los devanados del estator; Devanados del estator: el circuito eléctrico del motor, a través del cual fluye corriente alterna trifásica-para generar un campo magnético giratorio; Marco: Asegura el núcleo del estator y las cubiertas de los extremos delantero/trasero para soportar el rotor, al tiempo que proporciona protección, disipación de calor y otras funciones;
Rotor (parte giratoria)
Núcleo del rotor: sirve como parte del circuito magnético del motor y alberga los devanados del rotor dentro de sus ranuras;
Devanados del rotor: cortan el campo magnético giratorio del estator para generar fuerza electromotriz y corriente inducidas, produciendo un par electromagnético que impulsa la rotación del motor;
【Animación del principio motor】
Motor de imán permanente ▼
Motor CC ▼
Motor magnético cuántico ▼
Motor de inducción monofásico-▼
Principio de funcionamiento de los motores paso a paso ▼
Motor de equilibrio ▼
El principio de generación de corriente eléctrica ▼
Estator trifásico-▼
Sección de cruce de motor-▼
Motor eléctrico ▼
Motores CC▼
Diferencias entre la reparación de motores de frecuencia variable y motores convencionales
Los métodos de reparación de motores de frecuencia variable son fundamentalmente los mismos que los de los motores convencionales. Sin embargo, debido a las características únicas de las fuentes de alimentación de frecuencia variable, los requisitos de aislamiento para los devanados de los motores de frecuencia variable son más estrictos que los de los motores convencionales. Se deben tomar las siguientes medidas para mejorar las condiciones de aislamiento:
1. Seleccione un cable electromagnético con excelente resistencia a la corona para cumplir con los requisitos del motor para soportar pulsos de alta-frecuencia y descargas parciales.
Normalmente, se utiliza alambre esmaltado compuesto de poliesterimida/poliamidaimida o alambre electromagnético resistente a la corona-.
2. Técnicas constructivas de bobinado e inserción de ranuras.
Una gestión estricta es esencial durante los procesos de bobinado, inserción de ranuras y unión de motores de frecuencia variable. Se debe prestar especial atención a evitar daños al conductor durante el bobinado y la inserción de la ranura. La inserción de las ranuras debe garantizar la colocación adecuada del aislamiento de las ranuras, del aislamiento de las fases y del aislamiento de capa-a-capa. El aislamiento de las fases debe utilizar materiales en los que el barniz aislante pueda penetrar fácilmente. Los extremos de las bobinas deben reforzarse con ataduras y fijaciones para garantizar que formen una unidad integral.
El refuerzo del aislamiento en la parte inferior de la ranura del motor, entre fases, entre capas y en las vueltas de inicio y fin de la bobina mejora la rigidez dieléctrica del motor.
3. El aislamiento principal debe emplear aislamiento sin espacios-.
Los espacios de aire dentro de la estructura de aislamiento de los motores de frecuencia variable son la causa principal de la descarga de corona. Para garantizar la ausencia de espacios de aire en la estructura de aislamiento general, según la norma nacional GB/TZ1707-2008 "Especificaciones de aislamiento para motores asíncronos trifásicos para control de velocidad de frecuencia variable", el barniz de impregnación utilizado no debe ser inferior a un barniz sin disolventes de clase F- con un contenido volátil inferior al 10 %, y el proceso VPI debe ser empleado. Este proceso también mejora la resistencia mecánica general de la estructura aislante.
4. Asegúrese de que coincidan adecuadamente entre el inversor, los cables y el motor, y limite la longitud de los cables entre el motor y la fuente de alimentación.
Debido al desajuste de impedancia en las líneas eléctricas, la amplitud de la sobretensión en el extremo del motor aumenta con la longitud de los cables entre el inversor y el motor, lo que puede causar fácilmente una descarga parcial. Por lo tanto, según las características específicas de la fuente de alimentación de frecuencia variable y los requisitos reales, la longitud del cable de conexión debe minimizarse tanto como sea posible para reducir la amplitud de sobretensión en el extremo del motor y la cantidad de descarga parcial, extendiendo así la vida útil del motor. Los cables de alimentación para motores de frecuencia variable generalmente utilizan cables especializados, también conocidos como cables de frecuencia variable de conductores simétricos, que son de la serie 3P+3N/E. Esto significa que la configuración original 3+1 divide el conductor neutro único en tres conductores separados.
Motor paso a paso
La figura 1.1 ilustra el principio de funcionamiento de un motor paso a paso bifásico-, que cuenta con dos devanados. Cuando se energiza un devanado, su polo del estator genera un campo magnético que atrae al rotor para alinearse con este polo. Si los devanados se energizan en secuencia bajo pulsos de control-que pasan por los estados A`A→B`B→`AA→`BB-el motor gira en el sentido de las agujas del reloj. Cuando se energiza en la secuencia A`A→`BB→`AA→B`B, el motor gira en sentido antihorario. Cada pulso de control cambia la dirección de activación, lo que hace que el motor se mueva un paso (90 grados). Cuatro pulsos completan una rotación completa. Una frecuencia de pulso más alta da como resultado una rotación más rápida del motor.
El par de salida de un motor paso a paso es proporcional al volumen efectivo del motor, las vueltas de la bobina, el flujo magnético y la corriente. Por lo tanto, un volumen efectivo mayor, más vueltas de bobina y un entrehierro más pequeño entre el estator y el rotor dan como resultado un par mayor, y viceversa.
Fig. 2 Diagrama de estructura del mecanismo del motor paso a paso
La estructura de un motor paso a paso consta de un rotor (núcleo del rotor, imán permanente, eje, rodamientos de bolas), un estator (devanados, núcleo del estator) y tapas de los extremos delantero y trasero. El motor paso a paso híbrido-bifásico más típico presenta un estator con 8 dientes grandes y 40 dientes pequeños, mientras que el rotor tiene 50 dientes pequeños. El estator de un motor trifásico tiene 9 dientes grandes y 45 dientes pequeños, y el rotor también posee 50 dientes pequeños.
El recuento de fases de un motor paso a paso se refiere al número de grupos de bobinas dentro del motor. Los tipos más utilizados incluyen motores paso a paso de dos-fases, tres-fases, cuatro-fases y cinco-fases. Los diferentes recuentos de fases dan como resultado diferentes ángulos de paso: normalmente, los motores de dos-fases tienen ángulos de pasos de 0,9 grados/1,8 grados, los motores de tres-fases tienen 0,75 grados/1,5 grados y los motores de cinco-fases tienen 0,36 grados/0,72 grados. Sin un controlador de micropasos, los usuarios seleccionan principalmente motores paso a paso con diferentes recuentos de fases para cumplir con las especificaciones de ángulo de paso requeridas. Cuando se utiliza un controlador de micropasos, el "recuento de fases" se vuelve irrelevante; los usuarios pueden simplemente ajustar la resolución de micropasos en el controlador para alterar el ángulo del paso.
Ya sea un motor paso a paso de dos-fases y cuatro-cables, de cuatro-fases y cinco-cables o de cuatro-fases y seis-cables, la construcción interna sigue siendo consistente. La distinción entre configuraciones de cuatro-cables, cinco-cables o seis-cables depende de si los pares A y ~A, o los pares B y B~, comparten una conexión de terminal común (COM). Si los grupos A y B tienen sus propios terminales COM dedicados, el motor es de seis-cables. Si los terminales comunes para A y B están conectados entre sí, son cinco-cables.
Por lo tanto, para determinar la configuración del cableado de un motor paso a paso, simplemente separe los grupos A y B y pruébelos con un multímetro.
Cuatro-cable:Dado que no hay un cable común (COM) en una configuración de cuatro-cables, los grupos A y B están completamente aislados y no-conductivos entre sí. Por lo tanto, cuando se prueba con un multímetro, un grupo no mostrará continuidad.
Cinco-cables:En una configuración de cinco-cables, los terminales comunes de los grupos A y B están conectados entre sí. Al realizar pruebas con un multímetro, si un cable muestra un valor de resistencia similar al de los otros cables, ese cable es el terminal común. Para accionar un motor paso a paso de cinco-cables, el terminal común se puede dejar desconectado y el motor seguirá funcionando.
Seis-cable:Los terminales comunes de los grupos A y B no están conectados. De manera similar, al usar un multímetro para medir la resistencia, si un cable muestra una resistencia idéntica a la de los otros dos cables, ese cable es el terminal de comunicación y los otros dos cables forman un grupo. Para accionar un motor paso a paso de cuatro-fases y seis-cables, el motor también se puede accionar sin conectar los dos terminales de comunicación comunes.
Conceptos relacionados con el motor paso a paso:
Número de fases: el número de pares de bobinas de excitación que generan diferentes pares de polos magnéticos N y S. Comúnmente denotado por m.
Conteo de pulsos:El número de pulsos o estados conductores necesarios para completar un ciclo de campo magnético, denotado por n. Alternativamente, se refiere a la cantidad de pulsos necesarios para que el motor gire un ángulo de paso. Por ejemplo, en un motor de cuatro-fases:
Ángulo de paso:El desplazamiento angular del rotor del motor correspondiente a una señal de pulso, denotado por θ. θ=360 grados / (dientes del rotor J × número de latido operativo). Para motores convencionales de dos- o cuatro-fases con 50 dientes de rotor: en funcionamiento de cuatro-fases, el ángulo de paso es θ=360 grados /(50*4)=1.8 grados (comúnmente llamado paso completo). En una operación de ocho-fases, el ángulo de paso es θ=360 grados /(50*8)=0.9 grados (comúnmente llamado medio paso).
Par de sujeción:El par de bloqueo inherente del rotor del motor cuando está desenergizado (causado por armónicos del perfil de los dientes del campo magnético y errores mecánicos).
Par estático:El par de bloqueo en el eje del motor cuando el motor tiene una fuerza eléctrica estática nominal pero no gira. Este par sirve como estándar para evaluar el tamaño del motor (dimensiones geométricas) y es independiente del voltaje del variador o de la fuente de alimentación.
Unidad de motor paso a paso:Conducir un motor paso a paso esencialmente implica aplicar alternativamente pulsos continuos a los grupos A y B del motor, permitiendo que el motor funcione.
Paso perdido:El número real de pasos dados durante el funcionamiento del motor no coincide con el recuento de pasos teórico.
Ejemplo:Diferencias entre motores paso a paso bifásicos y cinco-fásicos
Los motores paso a paso se clasifican principalmente por el número de fases, siendo los motores paso a paso de dos-y cinco-fases los más adoptados en el mercado actual. La mayoría de los motores paso a paso de dos-fases se pueden subdividir en un máximo de 400 pasos iguales por revolución, mientras que los motores de cinco-fases se pueden subdividir en 1000 pasos iguales. En consecuencia, los motores paso a paso de cinco-fases exhiben características de rendimiento superiores, tiempos de aceleración/desaceleración más cortos y menor inercia dinámica.
Comparación de diferencias entre motores paso a paso de dos-fases y de cinco-fases:
| Motor paso a paso de dos-fases | Motor paso a paso de cinco-fases | |
| Resolución | 1,8 grados/0,9 grados (200, 400 micropasos) | 0,72 grados/0,36 grados (500, 1000 micropasos), 2,5 veces más que los motores paso a paso bifásicos |
| Características de vibración | Rango de resonancia de baja-velocidad entre 100 y 200 PPS, vibración significativa | Sin puntos de resonancia significativos, baja vibración. |
| Características de velocidad y par | Velocidad más baja | Alta velocidad, alto par |
1. Diferencias en la precisión del control
Los motores paso a paso híbridos de dos-fases suelen tener ángulos de paso de 3,6 grados o 1,8 grados, mientras que los motores paso a paso híbridos de cinco-fases generalmente presentan ángulos de paso de 0,72 grados o 0,36 grados. Algunos motores paso a paso de alto-rendimiento ofrecen ángulos de paso aún más pequeños. Por ejemplo, un motor paso a paso producido por Sitong Company para máquinas cortadoras de alambre lentas-tiene un ángulo de paso de 0,09 grados. Los motores paso a paso híbridos trifásicos- producidos por Berger Lahr de Alemania pueden tener sus ángulos de paso establecidos mediante interruptores DIP en 1,8 grados, 0,9 grados, 0,72 grados, 0,36 grados, 0,18 grados, 0,09 grados, 0,072 grados o 0,036 grados, ofreciendo compatibilidad con motores bifásicos y paso a paso híbrido de cinco-fases Ángulos de paso del motor.
La precisión del control de los servomotores de CA está garantizada por codificadores rotativos. Tomando como ejemplo los servomotores de CA totalmente digitales de Panasonic, para motores equipados con codificadores estándar de 2500 líneas, el pulso equivalente es 360 grados/10000=0.036 grados debido a la tecnología de conversión de frecuencia en cuadratura implementada internamente en el controlador. Para motores equipados con un codificador de 17 bits, el variador recibe 2¹⁷=131072 pulsos por revolución, lo que da como resultado una resolución de pulso de 360 grados/131 072 pulsos=0.002746 grados por pulso.
2. Diferentes características de baja-frecuencia
Los motores paso a paso son propensos a vibraciones de baja-frecuencia a velocidades lentas. La frecuencia de vibración depende de las condiciones de carga y del rendimiento del conductor, generalmente se considera que es la mitad de la frecuencia de arranque sin carga del motor. Esta vibración de baja-frecuencia, inherente al principio de funcionamiento de los motores paso a paso, es muy perjudicial para el funcionamiento normal de la máquina. Cuando los motores paso a paso funcionan a bajas velocidades, se deben emplear técnicas de amortiguación para mitigar la vibración de baja-frecuencia, como agregar amortiguadores al motor o usar tecnología de micropasos en el controlador.
Los servomotores de CA funcionan excepcionalmente suavemente y no presentan vibraciones incluso a bajas velocidades. Los servosistemas de CA incorporan capacidades de supresión de resonancia para compensar las deficiencias de rigidez mecánica. Además, la función de análisis de frecuencia interna (FFT) del sistema detecta puntos de resonancia mecánica, lo que facilita la sintonización del sistema.
3. Diferentes características de frecuencia de torsión-
Los motores paso a paso exhiben un par de salida decreciente a medida que aumenta la velocidad, experimentando una fuerte caída a velocidades más altas. En consecuencia, su velocidad máxima de funcionamiento suele estar limitada a 300-600 RPM. Los servomotores de CA ofrecen una salida de par constante, manteniendo el par nominal dentro de su rango de velocidad nominal (generalmente 2000 o 3000 RPM). Por encima de la velocidad nominal, pasan a una salida de potencia constante.
4. Diferentes capacidades de sobrecarga
Los motores paso a paso generalmente carecen de capacidad de sobrecarga. Los servomotores de CA poseen una gran capacidad de sobrecarga. Tomando como ejemplo el servosistema de CA de Panasonic, presenta capacidad de sobrecarga de velocidad y sobrecarga de par. Su par máximo alcanza tres veces el par nominal, lo que le permite superar el par de inercia de las cargas inerciales durante el arranque. Los motores paso a paso carecen de esta capacidad de sobrecarga. Para superar el par de inercia durante el arranque, a menudo se seleccionan motores de par más grandes durante la especificación. Sin embargo, un par tan alto es innecesario durante el funcionamiento normal, lo que da como resultado un par desperdiciado.
5. Desempeño operativo diferente
Los motores paso a paso emplean control de bucle abierto-. Las frecuencias de arranque excesivamente altas o las cargas excesivas pueden causar pérdida de paso o bloqueo. Una velocidad excesivamente alta durante la parada puede provocar un exceso de velocidad. Por lo tanto, para garantizar la precisión del control, la aceleración y la desaceleración deben gestionarse adecuadamente. Los sistemas de servoaccionamiento de CA emplean control de bucle cerrado-. El controlador toma muestras directamente de las señales de retroalimentación del codificador del motor, formando bucles internos de posición y velocidad. Este diseño generalmente evita los problemas de pérdida de paso o sobreimpulso comunes en los motores paso a paso, lo que brinda un rendimiento de control más confiable.
6. Rendimiento de respuesta de velocidad diferente
Un motor paso a paso requiere entre 200 y 400 milisegundos para acelerar desde el reposo hasta la velocidad de funcionamiento (normalmente varios cientos de RPM). Los servosistemas de CA exhiben un rendimiento de aceleración superior. Por ejemplo, el servomotor de CA MSMA de 400 W de Panasonic acelera desde el reposo hasta su velocidad nominal de 3000 RPM en tan solo unos milisegundos, lo que lo hace adecuado para aplicaciones que requieren un control de arranque-parada rápido.
En resumen, los servosistemas de CA superan a los motores paso a paso en numerosos aspectos de rendimiento. Sin embargo, los motores paso a paso todavía se utilizan comúnmente como actuadores en aplicaciones menos exigentes. Por lo tanto, durante el diseño del sistema de control, se deben evaluar exhaustivamente factores como los requisitos de control y el costo para seleccionar el motor apropiado.