Per què el motor CC amb excitació permanent equipat amb reductor és adequat per a equips de ventiladors industrials de baixa velocitat i alt parell

L’equipament de ventilació industrial que ha de desplaçar grans volums d’aire a baixa velocitat de rotació exigeix requisits especials al sistema d’accionament. L’alta pressió estàtica i la gran inèrcia de l’impulsor requereixen un parell de sortida elevat en el moment de l’arrencada, però el motor ha de mantenir una velocitat de rotació baixa i estable sense escalfar-se excessivament. Un motor PMDC amb reductor respon a aquestes necessitats convertint l’energia elèctrica de corrent continu en una sortida mecànica controlada a baixa velocitat, mentre augmenta el parell a l’eix mitjançant engranatges de reducció.

El repte del parell elevat a baixa velocitat en l’aplicació de ventiladors industrials

Què ofereix un motor PMDC amb reductor a baixa velocitat de rotació

Un motor de corrent continu amb imants permanents (PMDC) amb reductor transmet un parell útil a l’eix a velocitats a les quals un motor PMDC sense reductor es blocaria o absorbiria un corrent excessiu. L’etapa de reducció disminueix les revolucions per minut (rpm) del motor segons una relació fixa; per tant, un eix de motor a 3000 rpm es converteix en un eix de ventilador a 300 rpm amb aproximadament deu vegades més parell. Lobisong fabrica aquests equips amb bobinats de coure pur i rodaments de boles de precisió importats, el que assegura una commutació fluida sota càrrega. Per a impel·ladors axials o centrífugs de gran diàmetre, aquest parell a baixes revolucions evita que el ventilador es retardi quan la càrrega de pols o la restricció del filtre augmenten la resistència.

Reducció per engranatges i compensació entre parell i rpm

La reducció de velocitat segueix una llei mecànica senzilla: el parell de sortida augmenta a mesura que la velocitat de sortida disminueix, en proporció a la relació de reducció. Un sol engranatge de cargol sense fi o d’engranatges rectes intercanvia revolucions per minut (rpm) per parell sense afegir potència d’entrada, només una petita pèrdua per fricció. Per a un ventilador que necessita 200 rpm però que el motor prefereix funcionar a 2000 rpm, una etapa de relació 10:1 proporciona el punt de funcionament adequat. La penalització és una lleugera disminució de l’eficiència i una mica més de calor a la zona de contacte dels engranatges, cosa que es controla amb una bona lubricació. Un motor CC amb imants permanents (pmdc) equipat amb reductor transforma aquesta llei en un sistema d’accionament de baixa velocitat ja preparat.

Per què els motors CC amb imants permanents d’accionament directe tenen dificultats per sota d’un llindar

Un motor CC de corrent continu amb excitació permanent i accionament directe assolix el parell màxim a prop de la seva velocitat nominal, de manera que obligar-lo a funcionar a 150 rpm deixa poc marge i la commutació esdevé sorollosa. Per sota d’un llindar determinat, l’enrotllament transporta un corrent elevat per mantenir el parell, el que escalfa l’estator i redueix la vida útil dels coixinets. És aquí on un motor CC de corrent continu amb excitació permanent i reductor troba la seva raó d’ésser: el motor funciona dins de la seva franja d’eficiència mentre que el sistema de rodes dentades regula la velocitat del ventilador. Els ventiladors de refrigeració en recintes de maquinària sovint treballen en aquest règim, de manera que l’accionament combinat manté el soroll i les vibracions baixos durant cicles de servei prolongats.

Ajust de la relació de transmissió al càrrec del ventilador

Lectura de les corbes de parell i cabal del ventilador

La càrrega del ventilador es defineix mitjançant dues corbes: el cabal d’aire respecte a la pressió estàtica, i el parell respecte a les rpm. Un extractor centrífug absorbeix més parell a prop de la lliure admisió, mentre que un dispositiu d’aire axial assolirà el seu màxim sota una alta pressió contrària. La lectura d’ambdues corbes mostra la càrrega més exigent sobre l’eix que el motor ha d’aguantar. Els enginyers de Lobisong analitzen aquestes corbes durant la selecció prèvia al disseny i, a continuació, proposen una relació de reducció que manté el motor de corrent continu amb imants permanents (pmdc) dins de la seva finestra segura de corrent, mentre el ventilador assolirà el cabal objectiu (cfm) a baixa velocitat. Quan la càrrega és constant, un motor pmdc amb reductor elimina la necessitat d’un controlador de velocitat separat, cosa que simplifica el cablejat de l’armari.

Dimensionament de l’etapa de reducció segons la càrrega

El dimensionament comença a partir de les rpm requerides del ventilador i les rpm òptimes del motor; llavors, la relació és igual a les rpm del motor dividides per les rpm del ventilador. Un motor de corrent continu amb reductor dimensionat d’aquesta manera manté el corrent proper al valor nominal, de manera que la calor roman controlada i l’eficiència es conserva. Una relació massa gran malgasta parell motriu que el ventilador mai necessita i afegeix fricció als engranatges; una relació massa petita obliga el motor a treballar en sobrecàrrega. Lobisong ofereix personalització OEM i ODM, de manera que l’embobinat i l’etapa de reducció s’adapten a l’envolupant i al perfil d’ús, en lloc de triar-los d’un catàleg.

Consideracions sobre la calor, la càrrega als rodaments i la vida útil dels rodaments

Cada engranatge i cada rodament afegeixen una petita càrrega tèrmica. A baixa velocitat del ventilador, el motor en si funciona a menor temperatura, cosa que compensa la fricció dels engranatges, però els rodaments de la caixa de canvis suporten tot el parell reduït. La selecció de rodaments de boles de precisió amb el segell i la lubricació adequats allarga la vida útil dels rodaments sota càrrega contínua. La protecció IP44 o IP54 manté l’escuma i l’humitat lluny de l’engranatge, fet que és rellevant en tallers industrials humits. Les marques CE i UKCA confirmen que la construcció compleix les exigències europees i britàniques de conformitat per a equips rotatius.

Guia d’adquisició i d’ús

Un cas de reforma de refrigeració d’un armari VFD

Un fabricant europeu de quadres elèctrics va patir una acumulació de calor dins d’un armari convertidor de freqüència, on el ventilador axial original no podia mantenir el cabal d’aire a baixa velocitat. Lobisong va subministrar un motor CC amb excitació permanent i reductora ajustat a 250 rpm, amb un impulsor orientat cap enrere, que va proporcionar una pressió estàtica estable contra el filtre de l’armari. Després del canvi, l’armari va mantenir una temperatura estable durant llargs períodes de producció, i l’equip d’adquisicions va informar d’un cost inferior dels components en comparació amb un muntatge EC personalitzat. La conclusió: cal ajustar la relació de reducció a la pressió estàtica real, no a la xifra nominal de cabal lliure indicada al catàleg.

Llista de comprovació d’inspecció i selecció abans de la compra

Abans de fer la comanda, confirmeu les rpm requerides del ventilador, el parell en condicions més desfavorables i la pressió inversa causada pels filtres o la xarxa de conductes. Demaneu la corba de corrent respecte a les rpm del motor i la relació de transmissió de la caixa de canvis, i després verifiqueu el tipus de rodaments i la classificació IP per al lloc d’instal·lació. Sol·liciteu la documentació CE o UKCA i verifiqueu el resultat de la prova d’equilibratge de l’impulsor. Una breu prova prèvia a l’embarcament sota càrrega permet detectar prematurament el soroll de commutació i el xiulet de la caixa de canvis. Lobisong ofereix assessorament previ al disseny per a la selecció, de manera que l’unitat adaptada arriba ja preparada per a l’enclosa, sense necessitat de refeccions in situ.

En resum, el variador adequat per a aplicacions de ventilador a baixa velocitat i alt parell rarament és el motor més ràpid, sinó aquell correctament adaptat. Un motor de corrent continu amb imants permanents (pmdc) combinat amb una caixa de canvis permet que el motor pmdc funcioni dins de la seva franja d’eficiència, mentre que l’etapa de reducció estableix una velocitat de ventilador tranquil·la i rica en parell, capaç de resistir les fluctuacions de càrrega provocades per la pols i la restricció dels filtres. Especifiqueu la relació de transmissió a partir de la pressió estàtica real, confirmeu el tipus de rodaments i la classificació IP per al lloc d’instal·lació, i el ventilador industrial romandrà silenciós i estable durant anys de servei.

Preguntes freqüents

Pregunta

Què canvia una etapa de reducció de velocitat en un accionament de ventilador?

Resposta: Una etapa de reducció de velocitat disminueix les rpm de sortida mentre augmenta el parell de l’eix en la mateixa proporció. Per a un ventilador, això significa que el motor pot girar a la seva franja d’eficiència i, al mateix temps, fer girar l’impel·lidor lentament amb prou força per empènyer l’aire contra la resistència del filtre o del conducte. El compromís és una petita pèrdua per fricció a l’engranatge, controlada mitjançant una bona lubricació.

Pregunta

Per què és difícil mantenir una velocitat baixa de ventilador amb un motor PMDC sense reducció?

Resposta: Un motor PMDC sense reducció genera el parell màxim a prop de la seva velocitat nominal; per tant, funcionar a rpm molt baixes deixa poc marge de parell i l’enrotllament absorbeix un corrent elevat per mantenir la força necessària. Això escalfa l’estator i redueix la vida útil dels coixinets, mentre que la commutació esdevé més sorollosa. Per sota d’aquest punt, el ventilador pot aturar-se o patir sobrecàrregues. Una etapa de reducció permet que el motor romanqui a la seva franja de rendiment òptim i, al mateix temps, ofereixi la velocitat lenta i estable de l’eix que necessita un impel·lidor gran.

Pregunta

Com s’ha de seleccionar la relació de reducció?

Resposta: La selecció de la relació comença a partir de les rpm objectiu del ventilador i les rpm còmodes del motor; divideixi les rpm del motor per les rpm del ventilador per obtenir la relació d’etapa. A continuació, llegeixi la corba de parell del ventilador a aquella velocitat i comprovi que el corrent del motor es mantingui dins de la seva finestra segura. Una sobredimensió malgasta parell i afegeix fricció; una subdimensió fa que el motor es forci. Adapti l’enrotllament, la caixa de canvis i la classificació IP a la càrrega real del lloc, en lloc d’un valor nominal de flux lliure indicat al catàleg.

Pregunta

Pot un motor CC amb imants permanents i reductora substituir un conjunt de ventilador EC?

Resposta: Un motor CC amb imants permanents i reductora pot substituir un conjunt de ventilador EC en aplicacions on la velocitat baixa fixa i el parell elevat són més importants que el control de velocitat variable. L’unitat CC amb imants permanents és menys cara en components i no necessita electrònica de control, cosa que la fa adequada per a sistemes senzills de refrigeració de calaixos amb commutació encès/fora. Quan la càrrega varia d’hora en hora, una opció EC manté una eficiència superior en tot el rang. Trieu la transmissió per reductora quan la càrrega sigui constant i la pressió estàtica coneguda.

Pregunta

Quin tipus de rodaments i quina classificació de protecció són adequats per a zones humides?

Resposta: Rodaments de boles de precisió combinats amb un segell IP54 són adequats per a tallers humits o polsosos, ja que aquesta classificació impedeix l’entrada d’humitat i partícules fines a la reixa. La protecció IP44 és adequada per a emplaçaments d’envoltenes més secs. Per a servei continu, demaneu una prova d’equilibratge de l’impulsor i verifiqueu les marques CE o UKCA al motor. Un segell correcte i una lubricació programada allarguen la vida útil dels rodaments. Trieu la classe de protecció segons l’emplaçament concret, no segons una norma genèrica.