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Una squadra di manutenzione sostituisce il motore di una pompa da 15 kW grippato con quello che c'era sullo scaffale in magazzino, e l'unità che entra è ignifuga: più pesante, circa tre volte il prezzo di una macchina standard, e certificata per un'area non classificata. Si monta direttamente sulla stessa flangia, quindi nessuno mette in dubbio il costo fino alla prossima revisione degli appalti.
L'errore è facile da commettere. Il "motore asincrono" non è un prodotto; è una famiglia di macchine accomunate tutte da un unico principio di funzionamento. Il rotore gira leggermente più lentamente del campo magnetico rotante, quella differenza di velocità è lo scorrimento e lo scorrimento induce corrente nel rotore e produce coppia. Tutto il resto – prezzo, comportamento iniziale, velocità, conformità – deriva da come la macchina è costruita attorno a quel principio.
Quindi ecco la risposta in anticipo. I motori asincroni industriali sono classificati lungo sei assi: costruzione del rotore, fase di alimentazione, classe di efficienza, numero di poli, protezione ambientale e protezione, e caratteristiche specifiche dell'applicazione come frenatura, servizio a velocità variabile, funzionamento a più velocità e protezione contro le esplosioni. Salda quei sei e la targhetta si scrive da sola.
Nel resto di questo articolo li prendiamo uno alla volta, perché in pratica basta un errore di specifica su un singolo asse per mandare indietro il motore.
Il rotore è il primo e il più grande bivio sulla strada. Un rotore a gabbia di scoiattolo è una pila di lamierini con barre di alluminio o rame che lo attraversano, cortocircuitate su entrambe le estremità da anelli terminali. Non ci sono spazzole, anelli collettori e niente di elettrico che si usura, motivo per cui questo tipo domina l'industria generale: pompe, ventilatori, trasportatori, compressori e macchine utensili.
Un motore a rotore avvolto trasporta un avvolgimento trifase completo sul rotore e lo fa uscire attraverso gli anelli collettori, in modo che la resistenza esterna possa essere inserita durante l'avvio. Ciò produce un'elevata coppia di spunto a una corrente controllata, motivo per cui le macchine ad anelli sono ancora presenti su gru, frantoi, mulini e trasportatori lunghi e pesanti. Il compromesso è reale: spazzole da ispezionare, collettori rotanti da pulire, un telaio più grande e un prezzo di acquisto più alto.
Se vuoi prima la teoria di base, segui il nostro spiegatore cos'è realmente un motore asincrono trifase cammina attraverso il campo rotante e scivola in un linguaggio semplice.
| Caratteristica | Gabbia di scoiattolo | Rotoree avvolto (anello collettore) |
|---|---|---|
| Progettazione del rotore | Sbarre cortocircuitate da anelli terminali | Avvolgimento trifase con anelli collettori e spazzole |
| Coppia di spunto | Coppia moderata, in genere circa il doppio di quella a pieno carico | Alto e sintonizzabile tramite resistenza esterna |
| Corrente di avviamento | Circa da sei a otto volte la corrente nominale con avviamento diretto | Può essere mantenuto vicino alla corrente nominale |
| Manutenzione | Solo cuscinetti | Spazzole e anelli collettori aggiunti ai cuscinetti |
| Dovere tipico | Pompe, ventilatori, trasportatori, macchine utensili | Gru, frantoi, mulini, trasportatori pesanti |
Quasi tutti i motori descritti in questo articolo seguono lo stesso layout: un nucleo statorico laminato pressato in un telaio alettato, un avvolgimento trifase posizionato nelle fessure dello statore, un rotore a gabbia di scoiattolo sull'albero e una morsettiera sulla parte superiore del telaio.
Due dettagli in quella immagine determinano la maggior parte degli argomenti di selezione. Il traferro tra statore e rotore è ben inferiore a un millimetro su un telaio da 160, quindi l'usura dei cuscinetti, la deflessione dell'albero o un accoppiamento disallineato possono chiuderlo e distruggere il motore in pochi minuti. E poiché il rotore non ha alcun collegamento elettrico con l'esterno, le uniche parti che normalmente si usurano sono i cuscinetti.
I motori asincroni monofase sono ad avviamento limitato. Con una fase di alimentazione non c'è campo rotante, quindi un secondo avvolgimento, un condensatore o un anello ombreggiante devono crearne uno. I tipi comuni sono a fase divisa, ad avviamento con condensatore, ad avviamento con condensatore a funzionamento con condensatore, a condensatore diviso permanente (PSC) e a polo schermato. L'avviamento tramite condensatore fornisce la migliore coppia di avviamento, il PSC funziona in modo più silenzioso ed efficiente e il polo schermato è economico e debole, motivo per cui sopravvive principalmente nei piccoli ventilatori.
I motori trifase non hanno bisogno di tutto ciò. La coppia è più fluida, l'efficienza è maggiore e lo stesso telaio eroga più potenza. Al di sopra di circa 0,75-1,1 kW, quasi tutti gli azionamenti industriali sono trifase, e le macchine monofase al di sopra di quelle dimensioni sono un prodotto di nicchia piuttosto che una scelta tradizionale.
L’efficienza è l’asse che più probabilmente verrà sottoposto ad audit. La norma IEC 60034-30-1 definisce le classi di efficienza IE che compaiono sulle targhette moderne e la maggior parte dei mercati industrializzati ora impone un minimo. Il Regolamento UE 2019/1781 copre la maggior parte dei nuovi motori trifase da 0,12 kW a 1000 kW, mentre l'obbligatorio GB 18613-2020 della Cina mappa i suoi gradi direttamente sulle classi IEC: YE3 si trova al livello IE3 e YE4 al livello IE4. La conseguenza pratica è che una macchina IE2 senza marchio non può più essere legalmente immessa sul mercato per la maggior parte dei compiti.
Il divario tra le classi sembra piccolo in termini percentuali e non è piccolo in termini monetari. Prendiamo lo stesso motore da 7,5 kW che funziona 4.000 ore all’anno: in IE2 le perdite si aggirano intorno a 1,0 kW, in IE3 vicino a 0,8 kW, quindi l’aritmetica dà circa 850 kWh risparmiati all’anno. Su trenta motori su un singolo sito si tratta di una linea di budget, non di un errore di arrotondamento. Il risparmio effettivo dipende dal fattore di carico, dalla qualità della fornitura e dalla frequenza con cui la macchina è effettivamente a pieno carico.
Fabbrica di motori ad altissima efficienza YE4/IE4 Visualizza altro Motore a induzione a risparmio energetico ad alta velocità YE4/IE4 (2 poli) Visualizza il prodotto → La velocità sincrona segue n = 120f/p, quindi a 50 Hz un motore a 2 poli gira a 3000 giri al minuto, un 4 poli a 1500, un 6 poli a 1000 e un 8 poli a 750. Sotto carico il rotore cade di qualche punto percentuale indietro - questo è lo slittamento - ed è per questo che una targhetta a 4 poli a 50 Hz di solito legge 1450 giri al minuto anziché 1500. A 60 Hz gli stessi motori funzionano circa il 20% più velocemente.
I poli sono davvero una decisione di coppia. Meno poli significa più velocità, un telaio più piccolo e meno coppia per unità di dimensione; più poli significano velocità inferiore e coppia più elevata senza riduttore, il che si adatta a miscelatori, frantoi e trasportatori lenti ad azionamento diretto. Laddove l'apparecchiatura azionata necessita di due velocità fisse, ad esempio un mixer con una ricetta veloce e una lenta, un motore a due o quattro velocità può sostituire completamente un riduttore o un azionamento a frequenza variabile.
Due motori con dati elettrici identici possono essere prodotti completamente diversi se si considera l'ambiente. Il codice IP nella norma IEC 60529 copre la protezione dall'ingresso: IP55 è il normale valore predefinito industriale e non sopravvivrà a un lavaggio regolare o a un'atmosfera costiera carica di salsedine, dove IP56 o IP65 e finiture resistenti alla corrosione sono il punto di partenza realistico. Anche il metodo di raffreddamento è importante: una macchina completamente chiusa con raffreddamento a ventola si comporta in modo molto diverso da una macchina aperta o ventilata a tubi.
L'ambiente e l'altitudine sono le trappole silenziose delle specifiche. Le valutazioni standard presuppongono una temperatura ambientale di 40 gradi Celsius e un'altitudine di 1.000 metri; al di sopra di entrambi, il motore deve essere declassato o specificato con una classe di isolamento più elevata e acquistare un telaio di taglia superiore è spesso più economico che sostituire l'avvolgimento dopo diciotto mesi.
Le aree pericolose rappresentano un regime giuridico separato piuttosto che una scelta stilistica. In un'atmosfera gassosa della Zona 1 o della Zona 2 un motore TEFC standard non è accettabile, non importa quanto bene sia costruito; la certificazione deve corrispondere alla zona, al gruppo di gas e alla classe di temperatura. I design ignifughi come la serie YBX3 sono classificati Ex d IIC T4 Gb e la stessa logica si applica alle polveri combustibili, dove il relativo concetto di protezione differisce.
Fabbrica di motori antideflagranti YBX3 Visualizza altro Motore a induzione antideflagrante ad alta velocità YBX3 (2 poli) Visualizza il prodotto → Una volta fissati i primi cinque assi, un piccolo gruppo di varianti appositamente realizzate risolve i problemi che un motore generico non può risolvere.
Fabbrica OEM di motori con freno elettromagnetico YEJ2 Visualizza altro Motore con freno Quick-Stop a ciclo elevato YEJ2 (2 poli) Visualizza il prodotto → I nomi delle serie su una citazione sono solitamente un'abbreviazione per una combinazione dei sei assi. Questa tabella mappa le famiglie comuni in base al compito per cui ciascuna è stata progettata.
| Famiglia | Caratteristica fondamentale | Dovere tipico |
|---|---|---|
| YE3/IE3 | Versioni ad alta efficienza, standard e con guscio in alluminio | Industria generale, pompe, ventilatori, compressori |
| YE4/IE4 | Efficienza ultraelevata | Servizio continuo in cui domina il costo energetico |
| YBX3 | Costruzione ignifuga | Aree gas Zona 1 e Zona 2, polveri combustibili |
| YEJ2 | Freno elettromagnetico a molla | Trattenimento, arresto e posizionamento |
| YVF2 | Avvolgimento e raffreddamento per servizio inverter | Controllo della velocità a coppia costante |
| YVFEJ2 | Servizio inverter più freno | Indicizzazione e posizionamento rapido |
| YD2 | Due o quattro velocità discrete | Miscelazione, allestimento ventilatori, macchine utensili |
La maggior parte delle controversie sugli appalti sono riconducibili al fatto che uno dei sei assi è lasciato al caso, di solito la classificazione ambientale o il numero di poli, perché entrambi sembrano dettagli finché il motore non è sul posto. Prima dell'offerta è necessario mettere per iscritto la classe di efficienza, il numero di poli, il grado di protezione IP, la disposizione di montaggio e il metodo di avviamento e indicare chiaramente se verrà mai collegato un azionamento a frequenza variabile.
Se il punto di lavoro è insolito, inviare i dati di carico insieme alla richiesta anziché scegliere una dimensione del telaio da una tabella del catalogo. I nostri ingegneri confermeranno il tipo, il telaio e il montaggio prima che venga costruito qualsiasi cosa — parla con il nostro team della tua candidatura e torneremo con una raccomandazione specifica invece del cognome.
Descrivono la stessa macchina da due angolazioni. "Motore a induzione" spiega come viene prodotta la corrente del rotore, mediante induzione dal campo dello statore. "Motore asincrono" descrive la conseguenza: il rotore deve girare più lentamente del campo, altrimenti non si verificherebbe alcuna induzione. I motori CA a gabbia di scoiattolo e a rotore avvolto sono entrambi motori a induzione ed entrambi motori asincroni.
Un motore trifase a gabbia di scoiattolo: TEFC, IP55, a 2 o 4 poli ed efficienza IE3 o IE4. Specificare un avvolgimento per il funzionamento dell'inverter se la pompa verrà controllata in velocità anziché accesa e spenta. Le funzionalità frenanti o antideflagranti dovrebbero essere aggiunte solo quando il sito le richiede effettivamente.
Sono le classi di efficienza internazionali definite nella norma IEC 60034-30-1. IE3 è l’attuale minimo obbligatorio per la maggior parte dei nuovi motori industriali nell’UE e in Cina, e IE4 è il passo successivo. Una classe superiore significa perdite inferiori, un prezzo di acquisto più elevato e costi di gestione inferiori per tutta la vita della macchina.
Scegli per velocità e coppia. A 50 Hz, un 2 poli funziona vicino a 2900 giri/min, un 4 poli vicino a 1450, un 6 poli vicino a 965 e un 8 poli vicino a 725. Scegli l'opzione più veloce che l'apparecchiatura azionata può accettare - il telaio è più piccolo ed economico - e passa a più poli quando hai bisogno di coppia a bassa velocità o di una trasmissione diretta senza cambio.
Ogni volta che verrà installato in un'area classificata, come Zona 1 o Zona 2 per gas o Zone 21 e 22 per polveri combustibili. Il motore deve essere munito di certificato corrispondente alla zona, al gruppo di gas e alla classe di temperatura. Un motore TEFC IP55 standard non è un sostituto, anche se è fisicamente identico nelle dimensioni.
Alla velocità nominale o quasi, con un cavo corto, molti motori standard riescono a farcela. Il problema è il funzionamento a coppia costante a bassa velocità: la ventola montata sull'albero rallenta insieme al rotore, quindi l'avvolgimento si surriscalda e la commutazione dell'inverter aggiunge stress di tensione all'isolamento. Per questo compito specificare un motore VFD con raffreddamento separato e isolamento di livello inverter.
