Pérdidas del motor eléctrico

resumen de pérdidas de motores eléctricos
resumen de pér­di­das de motores eléctricos

Como se mues­tra en el dia­gra­ma, las pér­di­das de los motores eléc­tri­cos pueden dividirse en pér­di­das óhmi­cas, pér­di­das en el hier­ro, pér­di­das por dis­per­sión y pér­di­das mecáni­cas. Las pér­di­das óhmi­cas tam­bién se denom­i­nan pér­di­das en el cobre y en el hier­ro, y a menudo tam­bién pér­di­das en el núcleo. Las pér­di­das de los motores eléc­tri­cos se pro­ducen en las lámi­nas del esta­tor, las lámi­nas del rotor y los devana­dos, pero tam­bién en los imanes per­ma­nentes. Cuan­to menores sean las pér­di­das del motor eléc­tri­co, may­or será su efi­cien­cia, por supuesto.

Vídeo sobre pérdidas en motores eléctricos

Pérdidas óhmicas

Las pér­di­das óhmi­cas se pro­ducen prin­ci­pal­mente en los devana­dos del esta­tor y depen­den de la resisten­cia y la cor­ri­ente. Las pér­di­das óhmi­cas pueden dividirse en depen­di­entes e inde­pen­di­entes de la fre­cuen­cia. Las pér­di­das inde­pen­di­entes de la fre­cuen­cia depen­den de las dimen­siones, es decir, de la lon­gi­tud y la sec­ción trans­ver­sal del cable, así como del mate­r­i­al, por ejem­p­lo, el cobre. Un fuerte aumen­to de la tem­per­atu­ra del motor tam­bién aumen­ta la resisten­cia y, por tan­to, tam­bién las pér­di­das. Siem­pre hay que ase­gu­rarse de que el motor eléc­tri­co esté bien refrig­er­a­do, ya que de lo con­trario la tem­per­atu­ra de los bobi­na­dos aumen­tará ráp­i­da­mente. Las pér­di­das óhmi­cas depen­di­entes de la fre­cuen­cia aumen­tan con el incre­men­to de la fre­cuen­cia, debido al efec­to piel. El efec­to piel reduce la zona por la que puede cir­cu­lar la cor­ri­ente. Para reducir este efec­to, los hilos de gran diámetro se div­i­den en var­ios hilos sep­a­ra­dos. Sin embar­go, dividir­los en demasi­a­dos hilos tam­bién aumen­ta la resisten­cia debido al efec­to de prox­im­i­dad. Por lo tan­to, no es fácil encon­trar el mejor número de cables en para­le­lo. Los motores de induc­ción tam­bién tienen grandes pér­di­das óhmi­cas en el rotor, por lo que éste se calien­ta ráp­i­da­mente. Es muy difí­cil disi­par el calor del rotor, por lo que Tes­la uti­liza la refrig­eración líqui­da del eje en los motores de inducción.

Pérdidas de hierro

Las pér­di­das en el hier­ro pueden dividirse en pér­di­das por histére­sis, pér­di­das por cor­ri­entes parási­tas y pér­di­das adi­cionales. Las pér­di­das de hier­ro se indi­can por peso y depen­den de la fre­cuen­cia y de la den­si­dad de flu­jo máx­i­ma. Esto sig­nifi­ca que cuan­to más rápi­do gire el motor, may­ores serán las pér­di­das en el hier­ro. Y cuan­to más pequeño sea el dis­eño del motor eléc­tri­co, menos espa­cio habrá para el flu­jo mag­néti­co y may­or será la den­si­dad de flu­jo. Las con­stantes de pro­por­cional­i­dad C depen­den del mate­r­i­al y de su proce­samien­to. Las pér­di­das de hier­ro se pro­ducen prin­ci­pal­mente en el esta­tor y el rotor, pero tam­bién pueden pro­ducirse pér­di­das por cor­ri­entes parási­tas en los imanes per­ma­nentes. Las pér­di­das en los imanes sue­len ser bajas, pero son críti­cas porque los imanes no sue­len ten­er una bue­na resisten­cia a la temperatura.

perdidas por histeresis motor electrico
per­di­das por his­tere­sis motor electrico

Pérdidas por histéresis

Los mate­ri­ales mag­néti­cos se div­i­den en muchos domin­ios pequeños, cada uno con una ori­entación mag­néti­ca difer­ente. Cuan­do la ori­entación mag­néti­ca de los domin­ios cam­bia, se pro­ducen pér­di­das. Estas pér­di­das por remag­ne­ti­zación se denom­i­nan pér­di­das por histére­sis porque el mate­r­i­al sufre histére­sis durante la mag­ne­ti­zación. Las pér­di­das depen­den de la zona de histére­sis que atraviesa el mate­r­i­al durante la remag­ne­ti­zación. Para man­ten­er las pér­di­das bajas, se uti­lizan mate­ri­ales mag­néti­cos blan­d­os como las lámi­nas eléc­tri­c­as con una cur­va de histére­sis pequeña.

Pérdidas por corrientes de Foucault

Las cor­ri­entes de Fou­cault se pro­ducen cuan­do cam­bia el flu­jo mag­néti­co en el esta­tor. Las cor­ri­entes parási­tas gen­er­an pér­di­das en el esta­tor y lo calien­tan. Para reducir las pér­di­das, el esta­tor se divide en lámi­nas sep­a­radas y ais­ladas entre sí. Esto reduce sig­ni­fica­ti­va­mente las pér­di­das por cor­ri­entes parási­tas. Cuan­to más finas sean las lámi­nas, menores serán las pér­di­das por cor­ri­entes de Fou­cault en la lámina.

Pérdidas adicionales

Como he men­ciona­do antes, los mate­ri­ales mag­néti­cos están for­ma­dos por zonas sep­a­radas entre sí por pare­des. Un cam­bio en el cam­po mag­néti­co puede provo­car un desplaza­mien­to de las pare­des, lo que provo­ca pér­di­das. Estas pér­di­das se denom­i­nan pér­di­das adi­cionales o exce­so de pérdidas.

ecuacion del motor electrico con perdidas de hierro
ecua­cion del motor elec­tri­co con per­di­das de hierro

Pérdidas por dispersión

Las pér­di­das por dis­per­sión son la dis­per­sión de com­po­nentes y mate­ri­ales. Pero tam­bién la dis­per­sión en el pro­ce­so de pro­duc­ción y las pequeñas desvia­ciones del dis­eño. Por lo tan­to, las pér­di­das parási­tas son difí­ciles de esti­mar y pueden ascen­der a aprox­i­mada­mente un 1% en el caso de los motores eléc­tri­cos con car­ga máxima.

Pérdidas mecánicas

Las pér­di­das mecáni­cas pueden dividirse en pér­di­das por fric­ción y pér­di­das por ven­ti­lación. Las pér­di­das por fric­ción depen­den de la veloci­dad y se pro­ducen, por ejem­p­lo, en los rodamien­tos. Para man­ten­er las pér­di­das por fric­ción lo más bajas posi­ble, los rodamien­tos deben estar siem­pre sufi­cien­te­mente lubri­ca­dos. Por lo tan­to, los rodamien­tos no deben calen­tarse demasi­a­do, ya que de lo con­trario el lubri­cante se evap­o­raría. Las pér­di­das por fric­ción tam­bién se pro­ducen en las esco­bil­las de los motores sín­cronos de excitación sep­a­ra­da y en los colec­tores de los motores de cor­ri­ente con­tin­ua. Las pér­di­das por ven­ti­lación se pro­ducen en los motores eléc­tri­cos con rotores no redon­dos y tam­bién depen­den de la veloci­dad. Por ejem­p­lo, los motores SR o los motores sín­cronos exci­ta­dos por sep­a­ra­do tienen rotores que no son redon­dos. Al encap­su­lar el esta­tor y enc­in­tar el rotor, se puede reducir la ven­ti­lación. Si el encap­su­la­do se real­iza con el mate­r­i­al ade­cua­do, tam­bién puede mejo­rar la disi­pación del calor. La ven­ti­lación en los motores eléc­tri­cos tam­bién puede uti­lizarse para trans­portar el calor fuera del cen­tro del motor eléc­tri­co. Esto dis­tribuye mejor el calor en el motor eléc­tri­co y reduce los pun­tos calientes.

Diagrama de flujo de la disipación de energía

La visu­al­ización de la con­ver­sión de poten­cia de los motores y gen­er­adores eléc­tri­cos se ilus­tra con la ayu­da del dia­gra­ma de flu­jo de poten­cia. En el caso de los motores eléc­tri­cos, el dia­gra­ma mues­tra cuán­ta poten­cia eléc­tri­ca de entra­da se sum­in­is­tra y cuán­ta poten­cia mecáni­ca de sal­i­da que­da después de deducir la pér­di­da de poten­cia. En un gen­er­ador, el flu­jo de pér­di­da de poten­cia se invierte. Esto sig­nifi­ca que si la fric­ción en los rodamien­tos es demasi­a­do grande, que­da menos energía que pue­da con­ver­tirse en energía eléctrica.

perdida de potencia en el motor electrico
per­di­da de poten­cia en el motor electrico