Motor

Existente dos grandes grupos de motores: asíncronos y síncronos.

Para la mejora del sistema de desenrollado de papel Tissue, no se puede utilizar un motor tipo asíncrono, ya que, su rotor nunca podrá llegar a girar a la misma frecuencia que el campo magnético del estator. Se sabe que la corriente eléctrica del rotor necesaria para producir torsión es creada por inducción electromagnética del campo magnético de la bobina del estator y, por lo tanto, desfasando cierto ángulo respecto a la onda senoidal de la corriente alterna que alimenta el motor. Por lo general este tipo de motores se utilizan en partidas directas.

Si bien, el principio de los motores síncronos es el mismo que los asíncronos, transformar potencia eléctrica en mecánica, con la diferencia que su principal cualidad es trabajar en velocidades constantes dependiendo de la frecuencia de la red y los propios aspectos de la máquina.

Otra gran diferencia, es que estos motores para tener un funcionamiento preciso deben ser alimentados por drive’s (variadores de frecuencia).

Existe una gran variedad de motores para diferentes aplicaciones y requisitos de potencia que depende de la máquina, también de pequeño y gran tamaño físico, llegando a los que tienen diversos accesorios haciéndolo más sofisticado y dando beneficios a la precisión de lo que se desea.

Al basarse en los motores síncronos, están los servomotores y los motores de imanes permanentes.

Los servomotores son dispositivos de accionamiento para el control de velocidad, torque y posición. Estos reemplazan otros accionamientos como neumáticos o hidráulicos, pero no para aplicaciones con torques elevados.

Estos motores con escobillas son económicos y confiables, también logran trabajar a torques elevados en inercia. Están diseñados para operaciones exigentes. Sus desventajas, es que las escobillas se desgastan con el tiempo y producen un exceso de polvo, por lo tanto, necesitan un mantenimiento periódico, además suelen ser un punto de falla muy común en máquinas con exceso de polvo, lo cual exige realizar cambios periódicos. Otro punto de falla es la mala disipación del calor debido a las limitaciones de rotor, su alta inercia y baja velocidad máxima e interferencia electromagnética generada por el arqueado de las escobillas.

Los motores de imanes permanentes, necesitan ser alimentados por fuentes de corriente alterna, directamente conectado a un variador de frecuencia. Estos equipos no tienen escobillas en su interior, la construcción del núcleo ferromagnético esta invertida con respecto a los servomotores con escobillas. En este caso el rotor es un imán permanente y el estator es un núcleo ferromagnético con embobinado.

Este mecanismo al no tener escobillas, se reduce un punto de falla, además de ser menos necesarias las mantenciones. Se caracteriza por su diseño robusto y el rendimiento de un motor síncrono, proporcionando un alto torque acoplado directamente con la carga a bajas y variables velocidades

De acuerdo a lo analizado anteriormente, se puede analizar que los más óptimo para la aplicación es un motor de imanes permanentes, ya que, es ideal para espacios limitados y la mantención no es una opción, solo existe una máquina bobinadora, posicionándola como un equipo de alta criticidad dentro del proceso productivo.

Figura 2-16: Representación motor de imanes permanentes

Características principales del producto de acuerdo a las necesidades de la máquina  Motor síncrono con imanes permanentes

 Potencia 1,1kW

 Máxima velocidad 2000rpm  Grado de protección IP65

Cabe mencionar que el accionamiento y la sala de drive’s de la máquina bobinadora fueron diseñados con equipos de la marca Siemens. Su conexión debe ser a través de conectores giratorios y cables premontados, especificados por el fabricante, así garantizando una conexión flexible, rápida y segura al convertidor.

Finalizando el análisis del motor a utilizar, se recomienda el siguiente modelo que cumple con todos los puntos mencionados anteriormente.

Marca: SIEMENS

Modelo: 1FK7060-2AC71-1KH0

Figura 2-17: Motor de imanes permanentes Siemens 1FK7060-2AC71-1KH0

Datos de ingeniería:

Velocidad nominal: 2000 rpm Numero de polos: 8

Corriente nominal: 3 A

Par motor estático (60 K): 5 Nm Par motor estático (100 K): 6Nm Corriente de calado (60 K): 2,5 A Corriente de calado (100 K): 3,1 A

Momento de inercia: 8.700 kgcm²

Eficiencia: 90%

Constantes físicas:

Torque constante: 1.91 Nm/A

Voltaje constante a 20°C: 121.0 V/1000*min¯¹

Resistencia del devanado a 20°C: 2.75 Ω

Inductancia de campo giratorio: 30.5 mH Constante de tiempo eléctrico: 11.10 ms

Constante de tiempo mecanico: 1.75 ms Constante de tiempo térmico: 30 min Eje de rigidez torsional: 40500 Nm/rad Peso neto del motor: 8.5 kg

Datos mecánicos:

Tipo de motor: Motor síncrono de imanes permanentes, compacto Altura del eje: 63

Enfriamiento: Enfriamiento natural

Tolerancia de desviación radial: 0.040 mm Tolerancia a la concentricidad: 0.10 mm Tolerancia de desviación axial: 0.10 mm Grado severo de vibración: Grado A Tamaño del conector: 1

Grado de protección: IP65

Tipo de montaje: IM B5 (IM V1, IM V3)

Monitoreo de temperatura: Sensor de temperatura Pt1000

Conectores eléctricos: Conectores para señales y potencia giratoria Color de la carcasa: Estándar (Antracita RAL 7016)

Freno de retención: Con freno de retención Extensión del eje: Eje liso

Sistema de encoder: Codificador AM24DQI: absoluto, encoder de 24 bits (resolución 16777216, codificador interno 2048 S/R) +12 bits multivuelta (atravesando el rango 4096 de resoluciones)

Punto de funcionamiento óptimo: Velocidad optima: 2000 rpm Potencia optima: 1.1 kW

Limitación de datos:

Max. velocidad permitida (mecánica): 7200 rpm Max. Velocidad admisible (inversor): 4750 rpm Torque máximo: 18.0 Nm

Corriente máxima: 10.7 A

Freno de retención:

Versión de freno de retención: Freno de imán permanente Par de retención: 13.0 Nm

Tensión de alimentación: DC 24 V ± 10 %

Corriente de la bobina: 0.8 A Tiempo de apertura: 100 ms Tiempo de cierre: 50 ms

Módulo de motor recomendado: Corriente nominal del inversor: 3 A Máxima corriente invertida: 9 A Maximum torque: 15.90 Nm