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Se la targa di un motore riporta 400 V, 415 V, 460 V o 690 V, si tratta di un motore a bassa tensione. La conclusione arriva innanzitutto: per quasi tutti gli azionamenti industriali inferiori a circa 1 MW, la bassa tensione è la scelta giusta, perché l'intera catena attorno ad esso, dai contattori e cavi agli avviatori statici e ai cuscinetti di ricambio, è standard, economica e disponibile ovunque. La parte difficile non è la banda di tensione. Si tratta di ottenere il numero di poli, la custodia, l'isolamento e la classe di efficienza corretti per l'utilizzo reale.
La bassa tensione, solitamente abbreviata in LT, descrive la banda che la norma IEC 60038 classifica come bassa tensione: fino a 1.000 V CA tra le fasi. Oltre a ciò, i motori diventano a media o alta tensione e l’architettura elettrica cambia completamente, con quadri MT, terminazioni dei cavi MT e un avviatore o un convertitore classificato per 3,3 kV, 6,6 kV, 10 kV o 11 kV. Bassa tensione è il termine quotidiano nel Regno Unito, in India, nel Medio Oriente e in gran parte dell’Asia; bassa tensione è la dicitura equivalente nella documentazione IEC e nordamericana.
Quasi tutti i motori industriali a bassa tensione sono macchine asincrone trifase (a induzione) tra circa 0,06 kW e 1.000 kW, con 690 V come limite pratico per una progettazione standard. Esistono motori monofase a bassa tensione a 230 V, ma raramente hanno senso sopra i 2,2 kW perché la corrente di avviamento e le dimensioni del telaio crescono rapidamente.
| Banda di tensione | Tensioni tipiche del motore | Intervallo di potenza tipico | Attrezzatura di partenza |
|---|---|---|---|
| Bassa tensione (BT) | 230, 400, 415, 460, 480, 525, 690 V | Da 0,06 a 1.000 kW | DOL, stella-triangolo, avviatore statico, VFD LV |
| Media tensione (MT) | 3,3, 6,6, 10, 11 kV | Da 200 kW a 20 MW | Avviatore statico MV o VFD MV |
| Alta tensione | Superiore a 33 kV | Non utilizzato per motori standard | Non applicabile |
Il vantaggio commerciale della banda a bassa tensione è la standardizzazione. Contattori, relè di sovraccarico, pressacavi, scatole terminali e cuscinetti sono articoli standardizzati con tempi di consegna brevi e un motore sostitutivo può spesso essere reperito in pochi giorni anziché in mesi.
Un motore standard a bassa tensione è una macchina completamente chiusa raffreddata a ventola (TEFC). Lo statore trasporta un avvolgimento trifase in un nucleo di acciaio laminato, il rotore è una gabbia di scoiattolo, l'albero scorre su due cuscinetti volventi e una ventola montata sull'albero sotto un cappuccio spinge l'aria attraverso le alette del telaio. Morsettiera, targhetta, punti di sollevamento e piedini di montaggio sono fusi o lavorati nello stesso telaio, motivo per cui un motore a 4 poli di un fornitore di solito può cadere nell'ingombro di un altro fornitore.
Due valutazioni sulla targhetta meritano attenzione durante l'approvvigionamento. L'isolamento di Classe F con aumento di temperatura di Classe B è la normale specifica industriale: il sistema di avvolgimento è valutato a 155 °C, ma il design mantiene l'aumento effettivo entro i limiti di Classe B al carico nominale, il che allunga notevolmente la durata dell'isolamento. IP55 è la custodia standard, protetta dalla polvere e resistente ai getti d'acqua provenienti da qualsiasi direzione, adatta a sale pompe, officine e installazioni esterne riparate.
Il conteggio dei poli imposta la velocità e la velocità imposta la coppia. Su un'alimentazione a 50 Hz le velocità sincrone sono 3.000, 1.500, 1.000 e 750 giri/min per 2, 4, 6 e 8 poli, e la velocità a pieno carico è inferiore di qualche punto percentuale a causa dello scorrimento. Il rapporto è semplice: la coppia in Nm è pari a 9.550 moltiplicata per la potenza in kW, divisa per la velocità in giri/min. Un motore da 15 kW a 4 poli produce quindi circa 99 Nm a pieno carico, mentre lo stesso avvolgimento da 15 kW per 8 poli produce circa 199 Nm.
| Poli | Velocità a 50 Hz | Velocità a 60 Hz | Coppia a 15 kW | Dovere tipico |
|---|---|---|---|---|
| 2 | Circa 2.900 giri al minuto | Circa 3.500 giri al minuto | Circa 49 Nm | Pompe, ventilatori, macchine ad alta velocità |
| 4 | Circa 1.450 giri/min | Circa 1.750 giri al minuto | Circa 99 Nm | Uso generale, pompe, trasportatori |
| 6 | Circa 960 giri/min | Circa 1.160 giri al minuto | Circa 149 Nm | Miscelatori, frantoi, avviamenti pesanti |
| 8 | Circa 720 giri/min | Circa 870 giri/min | Circa 199 Nm | Trasportatori lenti, mulini, trasmissione diretta |
Scegliere il numero di poli in base alla coppia e alla velocità di cui ha bisogno la macchina azionata, non dall'abitudine. Un motore a 2 poli è compatto ed economico ma offre una banda ristretta di coppia utile, mentre un motore ad azionamento diretto a 8 poli elimina un riduttore a scapito del peso e del prezzo. Per il funzionamento generale di pompe, ventole e trasportatori, l'impostazione predefinita sensata è una macchina IE3 a 4 poli come il motore a induzione ad alta efficienza YE3/IE3 per uso generale a 4 poli.
Motore a induzione ad alta efficienza per uso generale YE3/IE3 (4 poli) Il motore a induzione ad alta efficienza per uso generale YE3/IE3 (a 4 poli) fa parte della serie ad alta efficienza YE3 (IE3), con una velocità sincrona di 1500 giri/min e potenza... Visualizza il prodotto → La norma IEC 60034-30-1 definisce le classi di efficienza internazionali da IE1 a IE4. Nell’UE, il Regolamento 2019/1781 richiede IE3 come minimo per la maggior parte dei motori trifase da 0,75 kW a 1.000 kW da luglio 2021, con IE4 richiesto per alcune taglie da luglio 2023, e norme comparabili sull’efficienza minima si applicano in molti altri mercati. Come punto di riferimento, un motore IE3 ha perdite inferiori di circa il 20% rispetto a una macchina IE2 della stessa potenza.
Il prezzo di acquisto non è il costo decisivo. Gli studi sul ciclo di vita citati dalle agenzie per l’energia mostrano in genere che l’elettricità rappresenta ben oltre il 90% del costo totale di un motore per 10-15 anni di funzionamento continuo, mentre il motore stesso rappresenta solo una piccola frazione. Ecco perché il premio IE4 si ripaga in pochi mesi su una pompa 24 ore su 24, 7 giorni su 7, mentre può richiedere anni su un motore che funziona per poche centinaia di ore all'anno. Laddove il servizio è continuo e il carico è quasi pieno, una macchina IE4 come il motore a induzione a risparmio energetico a 4 poli YE4/IE4 per uso generale è la scelta più economica in termini di durata.
Motore a induzione a risparmio energetico per uso generale YE4/IE4 (4 poli) Se il modello a 2 poli è progettato per la velocità, il motore a induzione a risparmio energetico per uso generale YE4/IE4 a 4 poli è progettato per la compatibilità. Con una velocità sincrona di 1500 R... Visualizza il prodotto → Quattro condizioni del sito spingono regolarmente un progetto fuori dall'impostazione predefinita del catalogo:
Laddove il controllo della velocità fa parte del processo, una macchina con classificazione VFD come il motore a frequenza variabile per uso generale YVF2 a 4 poli evita i compromessi di raffreddamento e isolamento di un motore standard alimentato da inverter. Doveri come pompa e servizio HVAC combinano lunghe ore di funzionamento con una coppia di avviamento modesta, che è esattamente il punto in cui la classe di efficienza ha il maggiore effetto sui costi operativi.
Motore a frequenza variabile per uso generale YVF2 (4 poli) Il motore a frequenza variabile per uso generale YVF2 (a 4 poli) offre una regolazione regolare della velocità e una forte versatilità, adatto per un'ampia gamma di settori industriali... Visualizza il prodotto → Poiché i motori a bassa tensione sono così ampiamente utilizzati, il loro modello di guasto è ben documentato. Gli studi sull’affidabilità dei motori pubblicati da IEEE ed EPRI hanno costantemente riscontrato la stessa distribuzione nei motori a induzione trifase: i cuscinetti rappresentano la quota maggiore di guasti, seguiti dall’isolamento dell’avvolgimento dello statore, con problemi al rotore e all’albero molto indietro.
Per la pianificazione della manutenzione ciò significa che l'allineamento, la tensione della cinghia, gli intervalli di lubrificazione e la qualità dei cuscinetti contano più di qualsiasi aggiornamento elettrico. Il funzionamento dell'inverter può accelerare il danneggiamento dei cuscinetti a causa delle correnti d'albero, motivo per cui i motori più grandi destinati agli inverter sono spesso dotati di cuscinetti isolati o di un anello di messa a terra dell'albero.
La bassa tensione smette di essere economica in tre situazioni: potenza superiore a circa 1 MW, cavi sufficientemente lunghi da rendere impraticabili la caduta di tensione e le dimensioni del conduttore e installazioni in cui il livello di cortocircuito sulla sbarra di bassa tensione rende costosi i quadri. Un motore da 500 kW con alimentazione a 400 V assorbe circa 870 A, il che richiede già diversi cavi paralleli e un interruttore molto grande; a 6,6 kV lo stesso motore assorbe circa 53 A. Il crossover tra bassa tensione e media tensione è normalmente compreso tra 500 kW e 1.500 kW, e aumenta all'aumentare della distanza tra avviatore e motore.
Una breve lista di controllo previene la maggior parte degli errori di ordinazione:
Un motore a bassa tensione è progettato per funzionare con alimentazioni a bassa tensione fino a 1.000 V CA. In pratica sono quasi tutti motori a induzione trifase con tensione compresa tra 230 V e 690 V.
I motori standard a bassa tensione sono costruiti per 230 V, 400 V, 415 V, 460 V, 480 V o 690 V a 50 Hz o 60 Hz. 690 V è il limite superiore abituale.
I motori a bassa tensione funzionano con alimentazioni fino a 1.000 V con quadro e cavo BT standard. I motori ad alta tensione funzionano a 3,3 kV e oltre e normalmente si avviano sopra i 500 kW.
Abbina la velocità e la coppia della macchina condotta. A 50 Hz, il 2 poli funziona vicino a 2.900 giri al minuto, il 4 poli vicino a 1.450 giri al minuto, il 6 poli vicino a 960 giri al minuto e l'8 poli vicino a 720 giri al minuto.
In servizio continuo, sì. L'elettricità rappresenta solitamente più del 90% del costo totale, quindi l'efficienza IE3 o IE4 ripaga rapidamente la differenza di prezzo. Nel servizio intermittente il recupero dell'investimento è più lento.
Un motore standard può funzionare su un VFD entro alcuni limiti, ma i motori con inverter gestiscono meglio le armoniche e il raffreddamento. I cavi lunghi e le frequenze di commutazione elevate aumentano il rischio di avvolgimento e cuscinetti.
IP55 significa che l'involucro è protetto dalla polvere e resistente ai getti d'acqua provenienti da qualsiasi direzione, il che copre la maggior parte delle installazioni industriali interne ed esterne riparate.
I motori a bassa tensione sono i cavalli di battaglia degli impianti industriali e la maggior parte degli errori di specifica derivano dal trattarli come una merce da ordinare solo in kilowatt. La tensione, il numero di poli, la classe di efficienza e la custodia hanno ciascuno un effetto misurabile sui costi energetici e sui tempi di inattività. Se hai bisogno di aiuto per adattare un motore a un compito specifico, inviare i dettagli del carico, fornire dati e ambiente e il telaio, la classe di efficienza e le opzioni possono essere confermati prima di impegnarsi in un ordine.
