Siemens curso básico de los motores AC.pdf

Conceptos básicos de los motores de CA
Un curso en línea quickSTEP
© Siemens Industry, Inc. www.usa.siemens.com/step
Traducido del inglés al español - www.onlinedoctranslator.com

Marcas comerciales
Siemens es una marca comercial de Siemens AG. Los nombres de productos mencionados pueden ser marcas comerciales o
marcas registradas de sus respectivas empresas.
National Electrical Code® y NEC® son marcas registradas de la National Fire Protection
Association, Quincy, MA 02169.
NEMA® es una marca registrada y marca de servicio de la Asociación Nacional de Fabricantes
Eléctricos, Rosslyn, VA 22209.
Underwriters Laboratories Inc.® y UL® son marcas registradas de Underwriters Laboratories, Inc.,
Northbrook, IL 60062-2026.
Otras marcas comerciales son propiedad de sus respectivos dueños.
© Siemens Industry, Inc. 2016 Página 1-2

Temas del curso
Bienvenido a Fundamentos de Motores de CA. Este curso
abarca los siguientes temas:
Capítulo 1 - Introducción
• Conceptos básicos
Capítulo 2 – Fundamentos del motor
• Electromagnetismo
• Rotación del rotor
Capítulo 3 – Motores NEMA
• Diseños de motores
• Cerramientos de motores
Capítulo 4 – Siemens Motors
• Motores NEMA
• Motores IEC
• Motores superiores a NEMA
Si no comprende los conceptos eléctricos básicos,
debe completar Conceptos básicos de electricidad
antes de intentar este curso.

Objetivos del curso
Al finalizar este curso usted será capaz de…
• Explicar los conceptos de fuerza, inercia, velocidad y torque.
• Explicar la diferencia entre trabajo y potencia.
• Describir la construcción de un motor de CA de jaula de ardilla.
• Describir el funcionamiento de un campo magnético giratorio.
• Calcular la velocidad síncrona, el deslizamiento y la velocidad del rotor.
• Identificar el par de arranque, el par de arranque, el par de ruptura y el par a plena carga en una curva de
velocidad-par de un motor NEMA B
• Describir la información que se muestra en una placa de identificación de un motor NEMA
• Identificar factores importantes de reducción de potencia del motor
• Identificar gabinetes NEMA y configuraciones de montaje
• Resumir los tipos de motores Siemens SIMOTICS disponibles

Motores SIMOTICS
Este curso se centra principalmente en desarrollar sus conocimientos básicos sobre los motores de inducción trifásicos NEMA, que
forman parte de la extensa línea de motores SIMOTICS de Siemens. Los motores eléctricos industriales SIMOTICS le ofrecen la solución
óptima para cada aplicación. Con 150 años de experiencia, los motores SIMOTICS son inigualables en cuanto a fiabilidad, robustez,
compacidad, eficiencia y rendimiento. Los motores eléctricos SIMOTICS incluyen:
• Motores de CA de bajo voltaje para operación de línea y convertidor
• Motores de control de movimiento precisos con un rendimiento altamente dinámico para posicionamiento y manipulación, así como para su uso en máquinas
de producción y máquinas herramienta.
• Motores de CC y potentes motores de alto voltaje para uso en barcos, laminadores, molinos de mineral y grandes bombas de lodo y
compresores en la industria del petróleo y el gas.

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Capítulo 1 – Introducción
Este capítulo cubre los siguientes
temas:
• Construcción de motores de CA

Motores de CA
Los motores de CA se utilizan en todo el mundo en numerosas
aplicaciones para transformar energía eléctrica en energía
mecánica. Existen muchos tipos de motores de CA, pero este curso
se centra en los motores de inducción trifásicos, el tipo de motor
más común en aplicaciones industriales.
Un motor de CA de este tipo puede formar parte de una bomba o un
ventilador, o estar conectado a otro tipo de equipo mecánico, como una
bobinadora, una cinta transportadora o una mezcladora. Siemens fabrica
una amplia variedad de motores de CA.
Además de proporcionar información básica sobre los motores de CA en
general, este curso también incluye una descripción general de los
motores de CA Siemens SIMOTICS NEMA, que van desde motores de
propósito general en marco de aluminio hasta sofisticados motores
trifásicos que cumplen o superan las normas IEEE 841 y NEMA
Premium.®normas.
También se incluye información resumida para motores
Siemens IEC y superiores NEMA.

Organizaciones de normalización
A lo largo de este curso, se hace referencia a la Asociación Nacional
de Fabricantes Eléctricos (NEMA). NEMA desarrolla normas para una
amplia gama de productos eléctricos, incluyendo motores de CA. Por
ejemplo, la Publicación de Normas NEMA MG 1 abarca los motores
de CA con tamaño de carcasa NEMA, comúnmente conocidos como
motores NEMA.
Además de fabricar motores NEMA, Siemens también fabrica motores
de mayor tamaño que el tamaño máximo de carcasa NEMA. Estos
motores están diseñados para cumplir con los requisitos específicos de
cada aplicación y se conocen comúnmente como motores NEMA
superiores.
Siemens también fabrica motores según las normas de la
Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). La IEC es otra
organización responsable de las normas eléctricas. Las normas
IEC cumplen la misma función que las NEMA, pero difieren en
muchos aspectos. En muchos países, los equipos eléctricos suelen
diseñarse para cumplir con las normas IEC. En Estados Unidos,
aunque se utilizan motores IEC, los motores NEMA son más
comunes. Sin embargo, tenga en cuenta que muchas empresas
estadounidenses fabrican productos para exportar a países que
cumplen con las normas IEC.

Fuerza
Antes de analizar los motores y variadores de CA, es necesario
analizar algunos de los términos básicos asociados con su
funcionamiento.
En términos simples, una fuerza es un empujón o una atracción. La fuerza
puede ser causada por el electromagnetismo, la gravedad o una combinación
de factores físicos.
La fuerza neta es la suma vectorial de todas las fuerzas que actúan
sobre un objeto, incluyendo la fricción y la gravedad. Cuando las
fuerzas se aplican en la misma dirección, se suman.
Por ejemplo, si se aplican dos fuerzas de 10 libras en la
misma dirección, la fuerza neta es de 20 libras. Si se
aplican 10 libras de fuerza en una dirección y 5 libras en la
opuesta, la fuerza neta es de 5 libras y el objeto se mueve
en la dirección de la fuerza mayor. Si se aplican 10 libras de
fuerza por igual en ambas direcciones, la fuerza neta es
cero y el objeto no se mueve.

Esfuerzo de torsión
El par es una fuerza de torsión que hace que un objeto gire. Por
ejemplo, una fuerza aplicada a un punto de una palanca aplica
un par en el punto de pivote.
El par es el producto de la fuerza y el radio (distancia de palanca).
Par = Fuerza x Radio
En el sistema de medidas inglés, el torque se mide en libras-
pie (lb-ft) o libras-pulgada (lb-in). Por ejemplo, si se aplican 10
lb de fuerza a una palanca de 1 pie de largo, el torque
resultante es de 10 lb-ft.
Un aumento de fuerza o radio resulta en un aumento
correspondiente del torque. Aumentar el radio a 60 cm, por
ejemplo, resulta en 20 lb-pie de torque.

Velocidad
Un objeto en movimiento tarda en recorrer cualquier distancia. La
velocidad es la relación entre la distancia recorrida y el tiempo que
tarda en recorrerla.
La velocidad lineal es la velocidad a la que un objeto recorre una
distancia específica en una dirección. La velocidad lineal se expresa en
unidades de distancia divididas por unidades de tiempo.
Esto da como resultado unidades de velocidad compuestas, como millas
por hora o metros por segundo (m/s). Por lo tanto, si se tarda 2
segundos en recorrer 10 metros, la velocidad es de 5 m/s.

Velocidad angular
La velocidad angular, también llamada velocidad de rotación, de un
objeto giratorio determina cuánto tiempo tarda un objeto en girar
una distancia angular específica.
La velocidad angular suele expresarse en revoluciones por minuto
(RPM). Por ejemplo, un objeto que da diez revoluciones completas
en un minuto tiene una velocidad de 10 RPM.

Aceleración
Un aumento de velocidad se llama aceleración. La aceleración
ocurre cuando aumenta la fuerza que actúa sobre el objeto o
disminuye su resistencia al movimiento.
Una disminución de la velocidad se denomina desaceleración. La
desaceleración ocurre cuando disminuye la fuerza que actúa sobre
un objeto o aumenta su resistencia al movimiento.
Por ejemplo, un objeto giratorio puede acelerar de 10 RPM
a 20 RPM o desacelerar de 20 RPM a 10 RPM.

Inercia y pérdidas
Los sistemas mecánicos están sujetos a la ley de la inercia. Esta
ley establece que un objeto permanecerá en su estado actual de
reposo o movimiento a menos que actúe sobre él una fuerza
externa. Esta propiedad de resistencia a la aceleración y la
desaceleración se conoce como momento de inercia. La unidad
de medida de la inercia en el sistema inglés es el pie cuadrado.
Por ejemplo, considere una máquina que desenrolla un rollo grande
de papel. Si el rollo no se mueve, se requiere una fuerza para vencer
la inercia y ponerlo en movimiento. Una vez en movimiento, se
requiere una fuerza en sentido inverso para detenerlo.
Todo sistema en movimiento sufre pérdidas que le restan
energía. Sin embargo, la ley de la inercia sigue vigente, ya que el
sistema permanecerá en movimiento a velocidad constante si se
le añade energía para compensar las pérdidas.
La fricción es una de las causas más importantes de pérdida de
energía en una máquina. Se produce cuando los objetos entran en
contacto. Por ejemplo, para mover un objeto sobre la superficie de
otro, se debe aplicar suficiente fuerza para superar la fricción.

Trabajo y poder
Siempre que una fuerza provoca movimiento, se realiza
trabajo. El trabajo se calcula multiplicando la fuerza que
provoca el movimiento por la distancia aplicada.
Dado que el trabajo es el producto de la fuerza por la distancia
aplicada, puede expresarse en cualquier unidad compuesta de
fuerza por distancia. Por ejemplo, el trabajo se expresa
comúnmente en julios. 1 julio equivale a 1 newton-metro, una
fuerza de 1 newton para una distancia de 1 metro. En el sistema
de medidas inglés, el trabajo suele expresarse en libras-pie (ft-lb),
donde 1 ft-lb equivale a 1 pie por 1 libra.
Otra magnitud de uso frecuente es la potencia. La potencia es la tasa de
trabajo, es decir, la cantidad de trabajo realizado en un período de tiempo.

Caballos de fuerza y kilovatios
La potencia se puede expresar en pies-libra por segundo, pero a
menudo se expresa en caballos de fuerza. Esta unidad fue definida en
el siglo XVIII por James Watt. Watt vendía máquinas de vapor y le
preguntaron cuántos caballos reemplazaría una máquina de vapor.
Hizo que los caballos caminaran alrededor de una rueda que
levantaba un peso. Descubrió que un caballo promediaba
aproximadamente 550 pies-libra de trabajo por segundo. Por lo tanto,
un caballo de fuerza equivale a 550 pies-libra por segundo o 33 000
pies-libra por minuto.
Al aplicar el concepto de caballos de fuerza a los motores, resulta útil
determinar la cantidad de caballos de fuerza para un par motor y una
velocidad determinados. Cuando el par motor se expresa en lb-pie y la
velocidad en RPM, se puede utilizar la fórmula de caballos de fuerza (HP)
que se muestra en el gráfico adjunto. Tenga en cuenta que un cambio
en el par motor o la velocidad también modifica los caballos de fuerza.
Los motores de CA fabricados en Estados Unidos generalmente se
miden en caballos de fuerza, pero los fabricados en muchos otros
países se miden en kilovatios (kW). Afortunadamente, es fácil
convertir entre estas unidades, como se muestra en el gráfico
adjunto.

Capítulo 1 – Introducción
temas:
• Construcción de motores de CA

Construcción de motores de CA
Los motores de inducción trifásicos se utilizan comúnmente
en aplicaciones industriales. Este tipo de motor consta de tres
partes principales: rotor, estator y carcasa. El estator y el
rotor realizan el trabajo, y la carcasa los protege.

Núcleo del estator
El estator es la parte estacionaria del circuito electromagnético del motor. El
núcleo del estator está compuesto por numerosas láminas metálicas
delgadas, llamadas laminaciones. Las laminaciones se utilizan para reducir las
pérdidas de energía que se producirían con un núcleo sólido.

Bobinados del estator
Las láminas del estator se apilan formando un cilindro hueco. Se
insertan bobinas de alambre aislado en las ranuras del núcleo del
estator.
Cuando el motor ensamblado está en funcionamiento, los devanados
del estator se conectan directamente a la fuente de alimentación. Cada
grupo de bobinas, junto con el núcleo de acero que lo rodea, se
convierte en un electroimán al aplicarse corriente. El electromagnetismo
es el principio básico del funcionamiento del motor.

Construcción del rotor – Parte 1
El rotor es la parte giratoria del circuito electromagnético del
motor. El tipo de rotor más común en un motor de inducción
trifásico es el de jaula de ardilla.
El rotor de jaula de ardilla se llama así porque su construcción recuerda a las
ruedas giratorias de ejercicio que se encuentran en algunas jaulas para
mascotas. El núcleo de un rotor de jaula de ardilla se fabrica apilando láminas
delgadas de acero para formar un cilindro.

Construcción del rotor – Parte 2
En lugar de usar bobinas de alambre como conductores, las barras conductoras se
funden a presión en las ranuras uniformemente espaciadas alrededor del cilindro. La
mayoría de los rotores de jaula de ardilla se fabrican mediante fundición a presión de
aluminio para formar las barras conductoras. Siemens también fabrica motores con
conductores de rotor de cobre fundido a presión.
Tras la fundición a presión, las barras conductoras del rotor se conectan
mecánica y eléctricamente con los anillos terminales. A continuación, el rotor
se prensa sobre un eje de acero para formar el conjunto.

Recinto
La carcasa consta de un marco (o yugo) y dos soportes finales (o
alojamientos de cojinetes). El estator está montado dentro del
marco. El rotor encaja dentro del estator con un pequeño
entrehierro que lo separa de este. No existe una conexión física
directa entre el rotor y el estator.
La carcasa protege las partes internas del motor del agua y
otros elementos ambientales. El grado de protección
depende del tipo de carcasa. Los tipos de carcasa se
describen más adelante en este curso.

Cojinetes y ventilador
Los cojinetes, montados en el eje, sostienen el rotor y le permiten
girar. Algunos motores, como el que se muestra en la ilustración
adjunta, utilizan un ventilador, también montado en el eje del
rotor, para refrigerarlo cuando este gira.

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temas:

Magnetismo
Los principios del magnetismo desempeñan un papel importante en el
funcionamiento de un motor de CA. Por lo tanto, para comprender los
motores, es necesario comprender los imanes.
Para empezar, todos los imanes tienen dos características: atraen
objetos de hierro y acero e interactúan con otros imanes. Este
último hecho se ilustra con la forma en que la aguja de una brújula
se alinea con el campo magnético terrestre.

Líneas magnéticas de flujo
La fuerza que atrae un objeto de hierro o acero tiene líneas de
campo magnético continuas, llamadas líneas de flujo, que
recorren el imán, salen del polo norte y regresan por el polo
sur.
Aunque estas líneas de flujo son invisibles, los efectos de los
campos magnéticos pueden hacerse visibles. Por ejemplo,
cuando se coloca una hoja de papel sobre un imán y se esparcen
limaduras de hierro sobre el papel, estas se disponen a lo largo
de las líneas invisibles de flujo.

Polos magnéticos
Las polaridades de los campos magnéticos afectan la
interacción entre los imanes. Por ejemplo, cuando los polos
opuestos de dos imanes se acercan, las líneas de flujo se
combinan y los atraen.
Sin embargo, cuando los polos iguales de dos imanes se acercan,
sus líneas de flujo los separan. En resumen, los polos opuestos se
atraen y los polos iguales se repelen. La acción de atracción y
repulsión de los campos magnéticos es esencial para el
funcionamiento de los motores de CA.

Electromagnetismo
Cuando la corriente fluye por un conductor, se produce un
campo magnético a su alrededor. La intensidad del campo
magnético es proporcional a la corriente.

Regla de la mano izquierda para conductores
La regla de la mano izquierda para conductores demuestra la
relación entre el flujo de electrones y la dirección del campo
magnético creado por esta corriente. Si se sujeta un conductor
con la mano izquierda, con el pulgar apuntando en la dirección
del flujo de electrones, los dedos apuntan en la dirección de las
líneas de flujo magnético.
La ilustración adjunta muestra que, cuando el flujo de
electrones se aleja del observador (como indica el signo más),
las líneas de flujo fluyen en sentido antihorario alrededor del
conductor. Cuando el flujo de electrones se invierte y la
corriente fluye hacia el observador (como indica el punto), las
líneas de flujo fluyen en sentido horario.

Electroimán
Un electroimán se puede fabricar enrollando un conductor en una bobina
y aplicando una tensión continua. Dado que la bobina concentra las líneas
de flujo formadas por la corriente que fluye a través del conductor, el
campo magnético en la bobina o cerca de ella se intensifica. El centro de la
bobina se conoce como núcleo. Este electroimán simple tiene un núcleo de
aire.

Intensidad del campo magnético
El hierro conduce el flujo magnético con mayor facilidad que el aire. Cuando un
conductor aislado se enrolla alrededor de un núcleo de hierro, se produce un
campo magnético más intenso para el mismo nivel de corriente.
La intensidad del campo magnético creado por el electroimán
puede incrementarse aún más incrementando el número de
espiras de la bobina. A mayor número de espiras, mayor será el
campo magnético para el mismo nivel de corriente.

Aplicación de una fuente de CA
El campo magnético de un electroimán tiene las mismas
características que un imán natural, incluyendo un polo
norte y uno sur. Sin embargo, cuando cambia la dirección
del flujo de corriente a través del electroimán, su polaridad
cambia. Como se muestra en el gráfico adjunto, la
polaridad de un electroimán conectado a una fuente de CA
cambia con la frecuencia de dicha fuente.
En el instante 1, no hay flujo de corriente ni se produce campo
magnético. En el instante 2, fluye corriente y se genera un campo
magnético alrededor del electroimán. Observe que el polo sur está
arriba y el polo norte abajo. En el instante 3, el flujo de corriente alcanza
su punto máximo, y la intensidad del campo magnético también ha
alcanzado su punto máximo. En el instante 4, el flujo de corriente
disminuye y el campo magnético comienza a colapsar.
En el tiempo 5, no fluye corriente ni se produce campo magnético.
En el tiempo 6, la corriente aumenta en sentido contrario. Observe
que la polaridad del campo electromagnético ha cambiado y el polo
norte ahora está arriba. La mitad negativa del ciclo continúa en los
tiempos 7 y 8, volviendo a cero en el tiempo 9. Para una fuente de
alimentación de CA de 60 Hz, este proceso se repite 60 veces por
segundo.

Voltaje inducido
En los ejemplos anteriores, la bobina estaba conectada directamente a una fuente
de alimentación. Sin embargo, se puede inducir un voltaje a través de un
conductor simplemente moviéndolo a través de un campo magnético. Este mismo
efecto se produce cuando un conductor estacionario se encuentra con un campo
magnético variable. Este principio eléctrico es fundamental para el
funcionamiento de los motores de inducción de CA.
En la gráfica adjunta, un electroimán está conectado a una
fuente de alimentación de CA. Otro electroimán está
colocado encima. El segundo electroimán está en un circuito
separado y no existe conexión física entre ambos circuitos.
Este gráfico muestra la acumulación de flujo magnético durante el primer
cuarto de la forma de onda de CA. En el tiempo 1, el voltaje y la corriente
son cero en ambos circuitos. En el tiempo 2, el voltaje y la corriente
aumentan en el circuito inferior. A medida que el campo magnético se
acumula en el electroimán inferior, las líneas de flujo de su campo
magnético atraviesan el electroimán superior e inducen un voltaje a través
de él. Esto provoca que la corriente fluya a través del amperímetro. En el
tiempo 3, el flujo de corriente ha alcanzado su punto máximo en ambos
circuitos. Como en el ejemplo anterior, el campo magnético alrededor de
cada bobina se expande y colapsa en cada semiciclo e invierte la polaridad
de un semiciclo a otro.
© Siemens Industry, Inc. 2016 otro.
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Atracción electromagnética
En el gráfico adjunto, observe que la polaridad del campo
magnético en el electroimán superior es opuesta a la
polaridad del campo magnético en el electroimán inferior.
Dado que los polos opuestos se atraen, los dos electroimanes se
atraen mutuamente siempre que se genere flujo. Si el electroimán
inferior se mueve y el campo magnético es lo suficientemente
intenso, el electroimán superior se ve atraído con él.

Aprendizaje virtual dirigido por un instructor
Los cursos virtuales impartidos por instructores de Siemens le
ofrecen una experiencia presencial con la comodidad y el ahorro
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temas:

Bobinas del estator
Los principios del electromagnetismo explican la rotación del eje
de un motor de CA. Recordemos que el estator de un motor de CA
es un cilindro hueco en el que se insertan bobinas de cable
aislado.
La parte inferior del diagrama adjunto muestra la configuración
eléctrica de los devanados del estator. En este ejemplo, se utilizan
seis devanados, dos para cada una de las tres fases. Las bobinas
están enrolladas alrededor del núcleo de hierro dulce del estator.
Al aplicar corriente, cada devanado se convierte en un
electroimán, y los dos devanados de cada fase funcionan como los
extremos opuestos de un imán.
En otras palabras, las bobinas de cada fase están bobinadas de tal
manera que, cuando circula corriente, un devanado es polo norte y
el otro, polo sur. Por ejemplo, cuando A1 es polo norte, A2 es polo
sur y, al invertirse la dirección de la corriente, también se invierten
las polaridades de los devanados.

Fuente de alimentación del estator
El estator está conectado a una fuente de alimentación de CA trifásica. La
siguiente ilustración muestra los devanados A1 y A2 conectados a la fase
A de la fuente de alimentación.
Una vez completadas las conexiones, B1 y B2 se
conectarán a la fase B, y C1 y C2 se conectarán a la fase C.

Fases del estator
Como muestra la ilustración adjunta, las bobinas A1, B1 y C1 están
separadas 120°. Observe que los devanados A2, B2 y C2 también
están separados 120°. Esto corresponde a la separación de 120°
entre cada fase eléctrica. Dado que cada devanado de fase tiene
dos polos, se denomina estator bipolar.
Cuando se aplica tensión CA al estator, el campo magnético desarrollado
en un conjunto de bobinas de fase depende de la dirección del flujo de
corriente, como se muestra en la gráfica adjunta. Esta gráfica asume que
un flujo de corriente positivo en los devanados A1, B1 o C1 genera un polo
norte. La suma vectorial de los campos magnéticos en cualquier instante
se denomina campo magnético resultante. Las siguientes páginas de este
curso muestran cómo gira dicho campo magnético resultante a medida
que varían las corrientes aplicadas a cada devanado.

Campo magnético giratorio – Inicio
En el gráfico adjunto, se ha seleccionado un tiempo de inicio
durante el cual la fase A no presenta flujo de corriente y sus
bobinas asociadas no presentan campo magnético. La fase B
presenta flujo de corriente en dirección negativa y la fase C, en
dirección positiva.
Según el diagrama anterior, B1 y C2 son polos sur, y B2 y C1 son
polos norte. Las líneas de flujo magnético salen del polo norte B2 y
entran en el polo sur más cercano, C2. Las líneas de flujo
magnético también salen del polo norte C1 y entran en el polo sur
más cercano, B1. La suma vectorial de los campos magnéticos se
indica con una flecha.

Campo magnético giratorio – Tiempo 1
El gráfico adjunto muestra el progreso del vector de campo
magnético a medida que cada fase avanza 60°. Nótese que en el
instante 1, la fase C no presenta flujo de corriente y no se ha
desarrollado ningún campo magnético en C1 y C2.
La fase A tiene un flujo de corriente positivo y la fase B,
negativo. Esto significa que los devanados A1 y B2 son
polos norte y A2 y B1, polos sur. El vector de campo
magnético resultante ha girado 60° en sentido horario.

Campo magnético giratorio – Tiempo 2
En el instante 2, la fase B no tiene flujo de corriente y los devanados
B1 y B2 no tienen campo magnético. La corriente en la fase A fluye
en dirección positiva, pero la corriente en la fase C fluye ahora en
dirección negativa. El vector de campo magnético resultante ha
girado otros 60°.

Campo magnético giratorio – Una rotación
De seis de estos intervalos de tiempo, el campo magnético tiene
una revolución completa. Este proceso se repite 60 veces al año.
una fuente de alimentación de 60 Hz.

Velocidad sincrónica
La velocidad del campo magnético giratorio se denomina
velocidad sincrónica (Ns) del motor. La velocidad síncrona en
RPM es igual a 120 veces la frecuencia (F) en hercios, dividida
entre el número de polos del motor (P).
Como se muestra en el gráfico adjunto, la velocidad sincrónica
de un motor de dos polos operado a 60 Hz es 3600 RPM.
La velocidad síncrona disminuye a medida que aumenta el
número de polos. La tabla adjunta muestra la velocidad
síncrona a 50 y 60 Hz para diferentes números de polos.

Rotor de imán permanente
Para comprender el funcionamiento de un rotor, se puede
sustituir el rotor de jaula de ardilla por un imán montado en un
eje. Al energizar los devanados del estator, se establece un
campo magnético giratorio. El imán tiene su propio campo
magnético que interactúa con el campo magnético giratorio del
estator. El polo norte del campo magnético giratorio atrae al
polo sur del imán, y el polo sur del campo magnético giratorio
atrae al polo norte del imán. Al girar, el campo magnético atrae
al imán.
Los motores de CA que utilizan un imán permanente como rotor se
denominan motores síncronos de imán permanente. El término
síncrono significa que la rotación del rotor está sincronizada con el
campo magnético y que su velocidad es la misma que la velocidad
síncrona del motor.

Rotor de jaula de ardilla
En lugar de un rotor de imán permanente, un motor de inducción
de jaula de ardilla induce una corriente en su rotor, creando un
electroimán.
Como muestra el gráfico adjunto, cuando la corriente fluye en un
devanado del estator, el campo electromagnético creado corta las
barras del rotor más cercanas.

Rotor de jaula de ardilla
Cuando un conductor, como una barra de rotor, atraviesa un campo
magnético, se induce un voltaje (fuerza electromotriz o fem) en el
conductor. Este voltaje inducido provoca un flujo de corriente en el
conductor. En un rotor de jaula de ardilla, la corriente fluye a través de las
barras del rotor y alrededor del anillo terminal, generando un campo
magnético alrededor de cada barra.
Debido a que los devanados del estator están conectados a una fuente
de CA, la corriente inducida en las barras del rotor cambia
continuamente y las barras del rotor de jaula de ardilla se convierten
en electroimanes con polos norte y sur alternos.

Rotación del rotor
La siguiente ilustración muestra un instante en el que el devanado A1
es un polo norte y su intensidad de campo aumenta. El campo en
expansión atraviesa una barra del rotor adyacente, induciendo una
tensión. El flujo de corriente resultante en una barra del rotor produce
un polo sur. Esto hace que el motor gire hacia el devanado A1.
En cualquier momento, los campos magnéticos de los devanados
del estator ejercen fuerzas de atracción y repulsión contra las
distintas barras del rotor. Esto hace que el rotor gire, pero no
exactamente a la velocidad síncrona del motor.

Deslizar
En un motor de inducción trifásico, el campo magnético
giratorio debe girar más rápido que el rotor para inducir
corriente en este. Al aplicar potencia al motor por primera vez
con el rotor parado, esta diferencia de velocidad es máxima y
se induce una gran cantidad de corriente en el rotor.
Después de que el motor haya funcionado el tiempo suficiente para
alcanzar la velocidad de operación, la diferencia entre la velocidad síncrona
del campo magnético giratorio y la velocidad del rotor es mucho menor.
Esta diferencia de velocidad se denomina deslizamiento.
El deslizamiento es necesario para generar par. Este también depende de la
carga. Un aumento de la carga ralentiza el rotor, lo que aumenta el
deslizamiento. Una disminución de la carga acelera el rotor, lo que disminuye
el deslizamiento.
El deslizamiento se expresa como un porcentaje y se puede calcular
utilizando la fórmula que se muestra en la ilustración adjunta.
Por ejemplo, un motor de cuatro polos que funciona a 60 Hz tiene una velocidad
síncrona (NS) de 1800 RPM. Si su velocidad de rotor (NR) a plena carga es de 1765
RPM, entonces su deslizamiento a plena carga es del 1,9%.

Motor de rotor bobinado
Hasta este punto, el análisis se ha centrado en el rotor de jaula de
ardilla, más común. Otro tipo de motor de inducción trifásico es el
motor de rotor bobinado. Una diferencia importante entre el motor
de rotor bobinado y el de jaula de ardilla es que los conductores del
rotor bobinado consisten en bobinas en lugar de barras. Estas
bobinas se conectan mediante anillos colectores y escobillas a
resistencias variables externas.
El campo magnético giratorio induce una tensión en los devanados del
rotor. Al aumentar la resistencia de los devanados, disminuye el flujo
de corriente, lo que disminuye la velocidad del rotor. Al disminuir la
resistencia, aumenta el flujo de corriente, lo que aumenta la velocidad
del rotor.

Motor síncrono
Otro tipo de motor de CA trifásico es el motor síncrono. Este no
es un motor de inducción. Un tipo de motor síncrono tiene una
construcción similar a la de un rotor de jaula de ardilla. Además
de las barras del rotor, también se utilizan bobinas. Estas
bobinas se conectan a una fuente de alimentación externa de
CC mediante anillos colectores y escobillas.
Al arrancar el motor, se aplica corriente alterna (CA) al estator, y el
motor síncrono arranca como un rotor de jaula de ardilla. Tras la
aceleración del motor, se aplica corriente continua (CC) a las bobinas
del rotor. Esto produce un campo magnético constante e intenso en el
rotor, que lo mantiene en sincronía con el campo magnético giratorio.
Por lo tanto, el rotor gira a velocidad síncrona, razón por la cual se le
denomina motor síncrono.
Algunos motores síncronos utilizan un rotor de imán permanente. Este
tipo de motor no necesita una fuente de alimentación de CC para
magnetizar el rotor.

Aprendizaje en el aula
Los estudios indican que cuando los estudiantes practican lo que
han aprendido en un aula, retienen el 75% de la lección, en
comparación con los entornos de sólo conferencias donde retienen
solo el 20% de la lección.
Nuestro contenido de aprendizaje es revisado y aprobado por expertos técnicos y
operativos de Siemens para garantizar el cumplimiento de los más altos
estándares de la industria, la salud, la seguridad y el medio ambiente. Las
estaciones de trabajo de simulación de Siemens ofrecen una plataforma segura y
sin riesgos para la capacitación laboral, las pruebas de proyectos, la ingeniería de
diseño y la resolución de problemas.
Combinamos tecnología y experiencia en la industria para ofrecer
programas de aprendizaje personalizados y altamente efectivos.
• Cursos orientados al empleo
• Aprendizaje práctico y desarrollo de habilidades
• Enfoque de capacitación a nivel de sistema
• Amplio horario de clases
• Diversas opciones de medios y duración del curso.
• Cursos presenciales y personalizados
• Múltiples ubicaciones de centros de capacitación
• Servicios y productos empaquetados
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© Siemens Industry, Inc. 2016

temas:
• Aplicación del motor

Placa de identificación del motor
La placa de características de un motor proporciona la información necesaria
para su correcta aplicación. Por ejemplo, el gráfico adjunto muestra la placa
de características de un Siemens GP100A.
Motor trifásico (3 PH) NEMA de 3 caballos de fuerza (HP).
Este motor es NEMA, pero también está clasificado para funcionar en
Europa, por lo que tiene clasificaciones para Norteamérica (en rojo) y
Europa (en azul). Las clasificaciones para Norteamérica también se aplican
en otras áreas donde la frecuencia de la línea eléctrica es de 60 Hz, y las
clasificaciones para Europa también se aplican en otras áreas donde la
frecuencia de la línea eléctrica es de 50 Hz.
Tenga en cuenta que, para ambos conjuntos de potencias
nominales, este motor tiene conexiones de baja y alta tensión. Por
ejemplo, para aplicaciones de 60 Hz, este motor puede funcionar a
208 VCA o 230 VCA con las conexiones de baja tensión, o a 460 VCA
con las conexiones de alta tensión.
Hay tres clasificaciones de corriente de carga completa (A) para aplicaciones
de 60 Hz. Para aplicaciones de 208 VCA, la corriente nominal es de 8,5 A, para
aplicaciones de 230 VCA, la corriente nominal es de 8,0 A y para aplicaciones
de 460 VCA, la corriente nominal es de 4,0 A. Para aplicaciones de 50 Hz,
debido a que solo hay dos clasificaciones de voltaje, solo se necesitan dos
clasificaciones de corriente.

Velocidad base
La velocidad base es la velocidad en revoluciones por minuto (RPM)
de un motor de CA operado a la tensión y frecuencia nominales a
plena carga. Si el motor opera a una carga inferior a la plena carga, la
velocidad de salida será ligeramente superior a la velocidad base.
Este motor tiene una velocidad base de 1770 RPM a 60 Hz y
1475 RPM a 50 Hz. Debido a que es un motor de 4 polos, su
velocidad sincrónica a 60 Hz es 1800 RPM y su velocidad
sincrónica a 50 Hz es 1500 RPM.

Factor de servicio
El factor de servicio es un número que se multiplica por la potencia
nominal del motor para determinar la potencia a la que este puede
funcionar durante periodos cortos. Por lo tanto, un motor diseñado
para funcionar a la potencia nominal o inferior tiene un factor de
servicio de 1.0.
Algunos motores están diseñados para un factor de servicio superior a
1.0, por lo que, en ocasiones, pueden superar su potencia nominal.
Tenga en cuenta que cualquier motor que funcione continuamente por
encima de su potencia nominal tendrá una vida útil reducida.
Este motor tiene un factor de servicio de 1,15 para aplicaciones de 60
Hz. Un motor con este factor de servicio puede funcionar con un 15
% más de potencia nominal. Por lo tanto, este motor de 5 HP puede
funcionar a 3,45 HP.
Para aplicaciones de 50 Hz, este motor tiene un factor de servicio de 1,0, por
lo que no debe funcionar por encima de 2,238 kW.
El factor de servicio de este motor también es 1,0 cuando está
controlado por un variador de frecuencia (VFD).

Clase de aislamiento
NEMA define las clases de aislamiento de motores para describir su
capacidad para soportar el calor. Las cuatro clases de aislamiento
más utilizadas son A, B, F y H. Las cuatro clases identifican el
aumento de temperatura admisible a partir de una temperatura
ambiente de 40 °C (104 °F). La temperatura ambiente es la
temperatura del aire circundante.
La temperatura en los devanados del motor aumenta al
arrancarlo. La combinación de la temperatura ambiente y el
aumento de temperatura permitido equivale a la temperatura
nominal máxima del devanado. Si el motor funciona a una
temperatura del devanado más alta, se reducirá su vida útil.
El gráfico adjunto también muestra el aumento de temperatura
admisible para motores operados con un factor de servicio de 1.0 a
altitudes no superiores a 3300 pies. Cada clase de aislamiento tiene un
margen para compensar el punto caliente del motor, un punto en el
centro de los devanados donde la temperatura es más alta. Para
motores con un factor de servicio de 1.15, añada 10 °C al aumento de
temperatura permitido para cada clase de aislamiento. El motor de
este ejemplo tiene una clase de aislamiento B y un factor de servicio de
1.15 para aplicaciones de 60 Hz. Esto significa que la temperatura de
su devanado puede alcanzar los 130 °C con un punto caliente adicional
de 10 °C.
© Siemens Industry, Inc. 2016 prestación.
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Eficiencia del motor
La eficiencia de los motores es un tema de creciente importancia,
especialmente para los motores de CA. Su importancia radica en
su amplio uso y en que representan un porcentaje significativo
de la energía consumida en instalaciones industriales.
La eficiencia del motor es el porcentaje de la energía suministrada
al motor que se convierte en energía mecánica en su eje cuando
este funciona continuamente a plena carga con la tensión nominal
aplicada. Dado que la eficiencia del motor puede variar entre
motores del mismo diseño, el porcentaje de eficiencia nominal
NEMA que figura en la placa de características representa la
eficiencia promedio de un gran número de motores del mismo
tipo. El motor de este ejemplo tiene una eficiencia nominal NEMA
del 90,2 %.
NEMA también estableció un NEMA Premium®Programa de motores de eficiencia energética
que ayuda a usuarios y fabricantes de equipos originales (OEM) a seleccionar motores de alta
eficiencia. Los motores que cumplen los requisitos cuentan con la certificación NEMA Premium.
®logo.
La ley estadounidense ahora exige que la mayoría de los motores de inducción
trifásicos utilizados en Estados Unidos cumplan o superen los niveles de eficiencia
NEMA Premium.

Eficiencia del motor de rotor de cobre Siemens CU
Los motores Siemens SIMOTICS ofrecen el rendimiento robusto y la larga
vida útil que usted espera. Los motores SIMOTICS CU con rotor de cobre
ofrecen una eficiencia operativa excepcional para reducir aún más el coste de
propiedad de su empresa.

Diseños de motores NEMA
NEMA también utiliza letras (A, B, C y D) para identificar diseños de
motores según las características de torque.
El diseño NEMA A es el menos común. Los motores NEMA A tienen una curva
de velocidad-par similar a la de un motor NEMA B, pero suelen tener una
corriente de arranque más alta. Por lo tanto, los dispositivos de protección
contra sobrecorriente deben dimensionarse para soportar el aumento de
corriente.
En esta lección se analizan las características de los diseños
de motores NEMA B, C y D.

Motores NEMA B – Parte 1
Los motores están diseñados con características de velocidad-par
para cumplir con los requisitos de las aplicaciones comunes. Los
cuatro diseños de motor NEMA estándar (A, B, C y D) tienen
características diferentes. Esta sección describe cada uno de estos
diseños, con énfasis en el diseño NEMA B, el diseño más común de
motor de inducción de CA trifásico.
Dado que el par motor varía con la velocidad, la relación entre la
velocidad y el par suele representarse mediante una gráfica
denominada curva de velocidad-par. Esta curva muestra el par del
motor como porcentaje del par a plena carga en todo su rango de
velocidad, expresado como porcentaje de su velocidad síncrona.
La curva de velocidad-par adjunta corresponde a un motor NEMA B. Los
motores NEMA B son motores de propósito general, de una sola velocidad,
adecuados para aplicaciones que requieren un par de arranque y
funcionamiento normal, como ventiladores, bombas, transportadores y
máquinas herramientas.
El gráfico adjunto muestra el cálculo del torque a plena carga para
un motor NEMA B típico de 30 HP con una velocidad de plena
carga de 1765 RPM.

Motores NEMA B – Parte 2
El par de arranque, también conocido como par de rotor bloqueado,
es el par que desarrolla el motor cada vez que arranca a la tensión y
frecuencia nominales. Cuando se aplica tensión inicialmente al estator
del motor, transcurre un instante antes de que el rotor gire. En ese
instante, un motor NEMA B desarrolla un par aproximadamente igual
al 150 % del par a plena carga. Para el motor de 30 HP y 1765 RPM
utilizado en este ejemplo, esto equivale a 134 lb-pie de par.
A medida que el motor acelera, el par disminuye ligeramente hasta
alcanzar el punto B del gráfico. El par disponible en este punto se
denomina par de arranque. En un motor NEMA B, este es ligeramente
inferior al par de arranque.
A medida que la velocidad continúa aumentando del punto B al
punto C, el par motor aumenta hasta un valor máximo de
aproximadamente el 200 % del par a plena carga. Este valor máximo
de par motor se denomina par de ruptura. El motor de 30 HP de este
ejemplo tiene un par de ruptura de 178,6 lb-ft.
El par disminuye rápidamente a medida que aumenta la velocidad,
superando el par de ruptura, hasta alcanzar el par a plena carga a una
velocidad ligeramente inferior al 100 % de la velocidad síncrona. El par a
plena carga se desarrolla con el motor funcionando a la tensión, frecuencia
y carga nominales.

Corriente de arranque
La corriente de arranque, también denominada corriente de rotor
bloqueado, es la corriente que se suministra al motor cuando se aplica
inicialmente el voltaje nominal con el rotor en reposo.
La corriente de plena carga es la corriente que se suministra al motor con el
voltaje nominal, la frecuencia y la carga aplicada y el rotor a la velocidad
adecuada.
Para un motor NEMA B de eficiencia estándar, la corriente de arranque suele
ser del 600 al 650 % de la corriente a plena carga. Los motores NEMA B de
eficiencia premium suelen tener una corriente de arranque mayor que los
motores NEMA B de eficiencia estándar.
El conocimiento de los requisitos actuales de un motor es fundamental para
su correcta aplicación.

Motores NEMA C
Los motores NEMA C están diseñados para aplicaciones que requieren un alto
par de arranque para cargas difíciles de arrancar, como transportadores,
trituradoras y mezcladores con carga pesada.
A pesar del alto par de arranque, estos motores tienen una corriente de
arranque relativamente baja. El deslizamiento y el par a plena carga son
prácticamente iguales a los de un motor NEMA B.
Los motores NEMA C suelen ser motores de una sola velocidad cuyo
tamaño varía entre aproximadamente 5 y 200 HP.
La curva de velocidad-par que se acompaña es para un motor NEMA C de
30 HP con una velocidad de carga completa de 1765 RPM y un par de carga
completa de 89,3 lb-ft.
En este ejemplo, el motor tiene un par de arranque de 214,3
lb-ft, un 240 % del par a plena carga y un par de ruptura de
174 lb-ft.

Motores NEMA D
El par de arranque de un motor de diseño NEMA D es
aproximadamente el 280 % del par a plena carga. Esto lo hace
adecuado para aplicaciones de arranque muy difícil, como
punzonadoras y bombas para pozos petrolíferos.
Los motores NEMA D no presentan un par de ruptura real. Tras el arranque,
el par disminuye hasta alcanzar el par a plena carga. El deslizamiento de los
motores NEMA D oscila entre el 5 % y el 13 %.
La curva de par motor-velocidad que se muestra a continuación corresponde a un
motor NEMA D de 30 HP con una velocidad a plena carga de 1656 RPM y un par
motor a plena carga de 95,1 lb-ft. Este motor desarrolla aproximadamente 266,3 lb-
ft de par motor de arranque.

temas:

Variación de voltaje
Varios factores pueden afectar el rendimiento de un motor de CA y
estos factores deben tenerse en cuenta al utilizar un motor.
Los motores de CA tienen una tensión y una frecuencia nominales.
Algunos motores tienen conexiones para más de una tensión nominal.
La tabla adjunta muestra las tensiones nominales más comunes para los
motores NEMA.
Una pequeña variación en la tensión de alimentación puede afectar
drásticamente el rendimiento del motor. En la siguiente gráfica, por
ejemplo, cuando la tensión es un 10 % inferior a la tensión nominal del
motor, este presenta un 20 % menos de par de arranque. Esta reducción
de tensión puede impedir que el motor arranque su carga o que funcione
a la velocidad nominal.
Por otro lado, un aumento del 10 % en la tensión de alimentación incrementa el
par de arranque en un 20 %. Este aumento del par puede causar daños durante el
arranque. Por ejemplo, una cinta transportadora puede dar una sacudida hacia
adelante al arrancar. Una variación de tensión también provoca cambios similares
en las corrientes de arranque y a plena carga del motor, así como un aumento de
temperatura.

Factores de reducción adicionales
Una variación en la frecuencia de funcionamiento del motor provoca
cambios principalmente en las características de velocidad y par. Un
aumento del 5 % en la frecuencia, por ejemplo, provoca un aumento del 5
% en la velocidad a plena carga y una disminución del 10 % en el par de
arranque.
Los motores estándar están diseñados para operar por debajo de los 1000
metros. El aire es más denso y el calor no se disipa tan rápidamente por
encima de los 1000 metros. La mayoría de los motores deben reducir su
potencia para altitudes superiores a los 1000 metros. La tabla adjunta
muestra los factores típicos de reducción de potencia, pero conviene
comprobar el factor de reducción para cada motor. Por ejemplo, un motor de
50 HP operado a 1824 metros se reduciría a 47 HP, siempre que se mantenga
la temperatura ambiente de 40 °C.
También puede ser necesario considerar la temperatura ambiente. El
requisito de temperatura ambiente puede reducirse de 40 °C a 30 °C a
6600 pies en muchos motores. Sin embargo, un motor con una clase de
aislamiento superior podría no requerir reducción de potencia en estas
condiciones.

Adaptación de los motores a la carga
Una forma de evaluar si las capacidades de torque de un motor
cumplen con los requisitos de torque de la carga es comparar la
curva de velocidad-torque del motor con los requisitos de
velocidad-torque de la carga.
Se puede utilizar una tabla, como la que se muestra en amarillo, para
determinar las características de par de carga. La publicación NEMA MG 1 es
una fuente de características de par típicas.

Cálculo del par de carga
La forma más precisa de obtener las características de par de
una carga dada es a través del fabricante del equipo. Sin
embargo, el siguiente procedimiento ilustra cómo determinar el
par de una carga. La ilustración adjunta muestra una polea
sujeta al eje de una carga. Una cuerda está enrollada alrededor
de la polea con un extremo conectado a una báscula de resorte.
Tire de la báscula hasta que el eje gire y anote la fuerza que
indica. Luego, multiplique la fuerza necesaria para girar el eje
por el radio de la polea para calcular el valor del par. Tenga en
cuenta que el radio se mide desde el centro del eje.
Por ejemplo, si el radio de la polea es de 30 cm y la fuerza
necesaria para girar el eje es de 4,5 kg, el par requerido es
de 10 lb-pie. Recuerde que este es solo el par inicial
requerido. El par requerido para girar la carga puede variar
con la velocidad.
En cualquier punto de la curva de velocidad-par, el par producido por
un motor debe ser siempre al menos igual al par requerido por su
carga. Si el motor no puede producir suficiente par, no podrá
arrancar la carga, se calará o funcionará en estado de sobrecarga.
Esto probablemente provocará la activación de los dispositivos de
protección y desconectará el motor de la fuente de alimentación.

Ejemplo de bomba centrífuga
En el ejemplo adjunto, una bomba centrífuga requiere un par a plena carga
de 600 lb-ft. Esta bomba solo necesita aproximadamente el 20 % del par a
plena carga para arrancar. El par requerido disminuye ligeramente a medida
que la carga comienza a acelerar y luego aumenta hasta alcanzar el par a
plena carga a medida que la bomba alcanza la velocidad. Este es un ejemplo
de una carga de par variable.
El motor seleccionado en este ejemplo es un motor NEMA
B adaptado a la carga. Es decir, tiene suficiente par para
acelerar la carga a la velocidad nominal.

Ejemplo de actuador de tornillo
En este ejemplo, la carga es un actuador de tornillo con un par de
arranque igual al 200 % del par a plena carga. Tenga en cuenta que
el motor NEMA B elegido para este ejemplo no proporciona
suficiente par para arrancar la carga.
Una solución a este problema es utilizar un motor NEMA B de
mayor potencia. Una solución menos costosa podría ser utilizar un
motor NEMA D, que tiene un mayor par de arranque para la misma
potencia nominal.

Relación de voltios por hercio
Muchas aplicaciones requieren que varíe la velocidad de un motor
de CA. La forma más sencilla de hacerlo es usar un variador de
frecuencia para variar la frecuencia y el voltaje aplicados. Operar
un motor a una frecuencia y voltaje diferentes a los nominales
afecta tanto la corriente como el par del motor.
La relación de voltios por hercio (V/Hz) es la relación entre el voltaje
aplicado y la frecuencia aplicada a un motor. 460 VCA es una tensión
nominal común para un motor de CA industrial fabricado para su uso
en Estados Unidos. Estos motores suelen tener una frecuencia nominal
de 60 Hz. Esto proporciona una relación de 7,67 V/Hz.
No todos los motores tienen una relación de 7,67 V/Hz. Un motor de 230
voltios, 60 Hz, por ejemplo, tiene una relación de 3,8 V/Hz.
Los gráficos adjuntos ilustran la relación de voltios constantes por
hercio de un motor de 460 voltios, 60 Hz y un motor de 230 voltios, 60
Hz operados en el rango de torque constante.
La relación V/Hz afecta el flujo del motor, la corriente de
magnetización y el par. Si se aumenta la frecuencia sin...
Con el aumento correspondiente de voltaje, aumenta la velocidad del motor,
pero el flujo, la corriente de magnetización y el torque disminuyen.

Curvas de velocidad-par variables
Cuando un motor NEMA B arranca a plena tensión, desarrolla
aproximadamente un 150 % de par de arranque y una alta corriente
de arranque. Cuando el motor se controla mediante un variador de
CA, arranca con tensión y frecuencia reducidas. A medida que se
acelera, la tensión y la frecuencia aumentan, lo que desplaza la curva
de velocidad-par del motor hacia la derecha. Las líneas punteadas de
la curva de velocidad-par adjunta representan la parte de la curva que
no utiliza el variador. El variador arranca y acelera el motor
suavemente a medida que la frecuencia y la tensión aumentan
gradualmente hasta alcanzar la velocidad deseada. Esto es posible
gracias a que un variador de CA es capaz de mantener una relación de
voltios por hercio constante desde aproximadamente la velocidad
cero hasta la velocidad base, manteniendo así el flujo constante.
Algunas aplicaciones requieren un par de arranque superior al 150 %.
Esto es posible si el variador y el motor tienen el tamaño adecuado.
Normalmente, los variadores pueden producir más del 100 % de la
corriente nominal nominal durante un minuto. El variador debe
dimensionarse para tener en cuenta el mayor requerimiento de
corriente.

Rangos de par constante y potencia constante
Los motores de CA que funcionan con voltaje y frecuencia
constantes tienen un flujo constante y, por lo tanto, un par
constante en todo el rango de velocidad normal. Un variador de CA
puede operar un motor con flujo constante desde
aproximadamente 0 Hz hasta la frecuencia nominal del motor (60
Hz en este ejemplo). Este es el rango de par constante. El límite
superior de este rango corresponde a la velocidad base del motor.
Mientras se mantenga una relación de voltios por hercio constante,
el motor tendrá características de par constante.
Algunas aplicaciones requieren que el motor funcione por encima de la
velocidad base, pero la tensión aplicada no puede aumentarse por encima
del valor nominal durante un tiempo prolongado. Por lo tanto, al
aumentar la frecuencia, la reactancia inductiva del estator aumenta y la
corriente y el par del estator disminuyen. La región por encima de la
velocidad base se denomina rango de potencia constante, ya que
cualquier cambio en la velocidad se compensa con el cambio opuesto en el
par.
Si un motor funciona en los rangos de torque constante y potencia
constante, los voltios por hercio y el torque constantes se mantienen
hasta 60 Hz. Por encima de 60 Hz, la relación de voltios por hercio y el
torque disminuyen a medida que aumenta la velocidad.

Rangos de par continuo e intermitente
Los motores de CA que operan dentro de los valores nominales
pueden aplicar par de carga continuamente. Por ejemplo, el gráfico
adjunto muestra el rango de par continuo (en verde) para un motor
de CA típico. El motor de ejemplo puede operar continuamente al 100
% de par hasta 60 Hz. Por encima de 60 Hz, la relación V/Hz disminuye
y el motor no puede desarrollar el 100 % de par, pero sí puede operar
continuamente al 25 % de par a 120 Hz.
Este motor de ejemplo también puede operar intermitentemente por
encima del par nominal. El motor puede desarrollar hasta un 150 % de
par para arranque, aceleración o transitorios de carga, siempre que el
variador asociado pueda suministrar la corriente. Al igual que con el
rango de par continuo, la cantidad de par que se puede proporcionar
intermitentemente disminuye por encima de la velocidad base.

Videoteca instructiva
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formación para satisfacer las necesidades reales de la industria, considerando
todos los niveles de experiencia. Al ofrecer instrucciones prácticas a la carta
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fabricación, desarrollados durante los cursos de formación impartidos por
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temas:

Recinto abierto a prueba de goteo
La carcasa de un motor no solo mantiene unidos sus
componentes, sino que también protege los componentes
internos de la humedad y la contención. El grado de protección
depende del tipo de carcasa. Además, el tipo de carcasa afecta
la refrigeración del motor. Existen dos grandes categorías de
carcasas: abiertas y totalmente cerradas.
Las carcasas abiertas permiten que el aire de refrigeración fluya a través del
motor. Un tipo de carcasa abierta es la carcasa a prueba de goteo (ODP). Esta
carcasa cuenta con respiraderos que permiten el flujo de aire. Las aspas del
ventilador, fijadas al rotor, impulsan el aire a través del motor cuando este
gira. Los respiraderos están ubicados de forma que los líquidos y sólidos que
caen desde arriba en ángulos de hasta 15° con respecto a la vertical no
puedan entrar en el interior del motor cuando este está montado sobre una
superficie horizontal.
Cuando el motor se monta en una superficie vertical, como una
pared o un panel, podría requerirse una cubierta especial. Las
carcasas ODP deben utilizarse en entornos libres de
contaminantes.

Recinto totalmente cerrado sin ventilación
En algunas aplicaciones, el aire que rodea el motor contiene
elementos corrosivos o dañinos que pueden dañar sus
componentes internos. Una carcasa de motor totalmente
cerrada y sin ventilación (TENV) limita el flujo de aire hacia el
motor, pero no es hermética. Sin embargo, un sello en el
punto donde el eje atraviesa la carcasa impide que entre
agua, polvo y otras partículas extrañas a través del eje.
La mayoría de los motores TENV son de potencia fraccionaria. Sin
embargo, los motores TENV de potencia integral se utilizan para
aplicaciones especiales. La ausencia de aberturas de ventilación implica
que todo el calor del interior del motor debe disiparse a través de la
carcasa por conducción. Estos motores TENV de mayor potencia tienen
una carcasa con numerosas nervaduras para disipar el calor con mayor
rapidez. Los motores TENV pueden utilizarse tanto en interiores como en
exteriores.

Gabinete totalmente cerrado refrigerado por ventilador
Un motor totalmente cerrado refrigerado por ventilador (TEFC) es similar a un
motor TENV, pero cuenta con un ventilador externo montado frente al extremo
de accionamiento del motor. El ventilador impulsa aire sobre el exterior del motor
para una mayor refrigeración.
El ventilador está cubierto por una cubierta para evitar que alguien
lo toque. Los motores TEFC pueden utilizarse en entornos sucios,
húmedos o ligeramente corrosivos.

Caja a prueba de explosiones
Un motor a prueba de explosiones (XP) es similar en apariencia a un motor
TEFC, pero tiene una serie de características necesarias para un
funcionamiento seguro en aplicaciones peligrosas, como las que se
encuentran en el procesamiento químico, la minería, la fundición, la pulpa y el
papel, la gestión de residuos y las industrias petroquímicas.
En los EE. UU., la aplicación de motores en lugares peligrosos está
sujeta a laCódigo Eléctrico Nacional® así como los estándares
establecidos por Underwriters Laboratories y varias agencias
reguladoras.
Las instalaciones de División I suelen presentar materiales
peligrosos en la atmósfera. Las instalaciones de División II
pueden presentar materiales peligrosos en la atmósfera en
condiciones anormales.
Las ubicaciones definidas como peligrosas se definen con mayor
precisión según la clase y el grupo de riesgo. Por ejemplo, la Clase
I, Grupos A a D, presenta gases o vapores. La Clase II, Grupos E, F y
G, presenta polvo inflamable, como coque o polvo de grano. La
Clase III no se divide en grupos. Esta clase incluye fibras y pelusas
inflamables.

Dimensiones NEMA – Parte 1
NEMA ha estandarizado las dimensiones de los motores para una
variedad de tamaños de carcasa. Estas dimensiones incluyen el tamaño
del orificio para pernos, las dimensiones de la base de montaje, la altura,
el diámetro y la longitud del eje. El uso de dimensiones estandarizadas
permite reemplazar los motores existentes sin modificar la configuración
de montaje. Además, las nuevas instalaciones son más fáciles de diseñar
porque se conocen las dimensiones.
Las dimensiones estandarizadas incluyen letras que
indican su relación con el motor. Por ejemplo, la letra C
indica la longitud total del motor y la letra E representa la
distancia desde el centro del eje hasta el centro de los
orificios de montaje en las patas.
Las dimensiones se encuentran consultando una tabla en la hoja de datos
del motor y haciendo referencia a la letra para encontrar la dimensión
deseada.

NEMA divide los tamaños de bastidor estándar en dos categorías:
potencia fraccionaria y potencia integral. Los tamaños de bastidor
más comunes para motores de potencia fraccionaria son 42, 48 y 56.
Los motores de potencia integral se designan con tamaños de
bastidor de 143 y superiores.
ATEn la designación del tamaño del bastidor del motor para un motor de
potencia integral, se indica que el motor está fabricado según las normas
NEMA actuales. Los motores que tienen unTúEn su designación del tamaño
del bastidor del motor, están construidos según los estándares NEMA que
estuvieron vigentes entre 1952 y 1964.
La designación del tamaño del bastidor es un código que ayuda a
identificar las dimensiones clave del bastidor. Los dos primeros dígitos se
utilizan para determinar la altura del eje. Esta altura es la distancia desde
el centro del eje hasta la superficie de montaje. Para calcularla, divida los
dos primeros dígitos del tamaño del bastidor entre 4. Por ejemplo, un
motor con un tamaño de bastidor de 143T tiene una altura de eje de 3½
pulgadas (14 ÷ 4).

El tercer dígito del número de tamaño del marco T integral es el código NEMA
para la distancia entre las líneas centrales de los orificios de los pernos de
montaje de las patas del motor.
La distancia se determina comparando este dígito con una tabla de la
publicación NEMA MG-1. Por ejemplo, la distancia entre las líneas
centrales de los orificios para los pernos de montaje en las patas de un
chasis 143T es de 4,00 pulgadas.

Posiciones de montaje
Las posiciones típicas de montaje en el suelo se muestran en el
gráfico adjunto y se denominan montajes F-1 y F-2. La caja de
conexiones puede ubicarse a ambos lados del marco para
adaptarse a la disposición y posición de montaje.
La ubicación estándar de la caja de conexiones es en el lado
izquierdo del motor, visto desde el extremo del eje. Esto se
conoce como montaje F-1. La abertura para el conducto puede
colocarse en cualquiera de los cuatro lados de la caja girándola
90°.
Con modificaciones, un motor con patas puede instalarse en la
pared y el techo. La ilustración adjunta muestra soportes
típicos para pared y techo. Las posiciones de montaje en pared
tienen el prefijo W y las posiciones de montaje en techo, el
prefijo C.

Soportes de motor con cara C y brida D
Los motores se montan en los equipos de diversas maneras. Dos
métodos comunes para los motores NEMA son los montajes con cara
C y con brida D.
La cara, o extremo, de un motor con cara C tiene orificios roscados para pernos.
Los pernos para montar el motor pasan a través de los orificios de acoplamiento
del equipo y se introducen en la cara del motor.
Los pernos pasan a través de los orificios de la brida de un motor con
brida D y dentro de los orificios roscados de acoplamiento del equipo.
.

Simuladores
Diseñados para proporcionar una experiencia del mundo real, los
simuladores de Siemens son sistemas totalmente funcionales, listos para usar
y disponibles en una variedad de configuraciones.
El diseño a nivel de sistema convierte a los simuladores en una
herramienta invaluable para probar y depurar programas, reforzar el
aprendizaje, resolver problemas en el taller y mucho más. Gracias a su
diseño portátil y sus estuches rígidos, se pueden transportar fácilmente.
También disponemos de sistemas personalizados.

temas:
• Motores NEMA
• Motores IEC
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Motores de propósito definido
Para aplicaciones que requieren más de una velocidad base,
MultivelocidadLos motores se ofrecen con 1 devanado para par
variable.
Siemensservicio del inversorLos motores están clasificados para funcionamiento
continuo a una temperatura ambiente de 40 °C y a altitudes de hasta 1000
metros sobre el nivel del mar. Estos robustos motores se fabrican para
aplicaciones de accionamiento de velocidad variable de servicio pesado, como
ventiladores centrífugos, bombas, sopladores, mezcladoras, minería, fundición,
pulpa y papel, y petroquímica.
Gama completa de TEFC de SiemensVerticalLos motores P-Base son la
elección correcta para aplicaciones como bombas centrífugas, bombas de
turbina, torres de enfriamiento, mezcladores, pulpa y papel, petroquímica,
riego, agricultura y tratamiento de aguas residuales.
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Motores de propósito general
Los motores Siemens GP100A de propósito general, con carcasa, rodamientos,
carcasa y patas atornilladas de aluminio fundido a presión de precisión, ofrecen
una alta resistencia estructural gracias al análisis de elementos finitos, que
distribuye estratégicamente el material dentro de cada componente para resistir
los efectos de la tensión y la vibración. Los motores GP100A son más ligeros que
los motores comparables con carcasa de acero laminado, pero ofrecen mayor
resistencia estructural para una mayor variedad de aplicaciones industriales. Son
ideales para la manipulación de materiales, bombas, compresores de ventiladores
y otras aplicaciones industriales.
Los motores Siemens GP100 de hierro fundido de uso general también
ofrecen una alta resistencia estructural gracias al análisis de elementos
finitos, que coloca estratégicamente el material dentro de cada componente
para resistir los efectos de la tensión y la vibración. Se utilizan materiales
resistentes a la corrosión para garantizar una larga vida útil en una amplia
variedad de aplicaciones industriales.
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Motores de servicio severo
Los motores Siemens SD100 para servicio severo son ideales para
usar en procesamiento químico, minería, fundición, pulpa y papel,
gestión de residuos y aplicaciones petroleras/químicas.
Están disponibles con una amplia selección de modificaciones
adaptadas a cada aplicación para satisfacer necesidades
específicas, condiciones ambientales y requisitos de instalación.
Están disponibles con eficiencia operativa NEMA Premium® de
serie o con eficiencia NEMA Premium PLUS.
El motor Siemens SD100 IEEE841 es el motor con diseño NEMA
más avanzado. Está diseñado y fabricado para cumplir o superar
los requisitos de la norma IEEE 841-2009 en cuanto a eficiencia,
rendimiento, construcción, funcionamiento con velocidad
variable y larga vida útil en las aplicaciones más exigentes.
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Motores a prueba de explosiones
Los robustos motores antideflagrantes Siemens ofrecen un
funcionamiento fiable incluso en condiciones extremas. Los motores
antideflagrantes Siemens XP100 cuentan con certificación UL y CSA para
entornos de ignición por gas y polvo, y son aptos para las clasificaciones
de áreas peligrosas Clase I, Grupos C y D, Clase II, Grupos F y G, División I.
También están disponibles para su uso en plataformas de perforación:
áreas peligrosas Clase I, Grupo D, División I.
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temas:
• Motores NEMA
• Motores IEC
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Motores IEC
Siemens fabrica una amplia gama de motores según las
normas de la Comisión Electrotécnica Internacional (IEC). La
IEC ha estandarizado las dimensiones de los motores, pero
estas difieren de las normas NEMA. El gráfico adjunto
muestra un ejemplo de las dimensiones IEC.
Los motores Siemens IEC se dividen en las siguientes categorías.
• Motores estándar (1LE1)
• Motores estándar (1LA/1LG)
• Motores a prueba de explosiones
• Motores de bastidor no estándar
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Normas internacionales de eficiencia
Existen diferentes normas de eficiencia energética para motores de
inducción a nivel mundial. Para promover la armonización
internacional, se creó la norma internacional IEC 60034-30-1 03/2014
(Máquinas eléctricas rotativas – Parte 30: Clases de eficiencia de
motores de inducción de jaula trifásicos de una velocidad). Esta norma
agrupa la mayoría de los motores asíncronos de baja tensión de 50 Hz
en las siguientes clases de eficiencia internacional (IE).
• IE1 (Eficiencia estándar)
• IE2 (Alta eficiencia)
• IE3 (Eficiencia Premium)
• IE4 (Eficiencia Súper Premium)
IE2 para motores de 50 Hz corresponde a NEMA de alta eficiencia para
motores de 60 Hz.
IE3 para motores de 50 Hz corresponde a NEMA Premium
Efficiency para motores de 60 Hz.
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Motores estándar (1LE1)
Los motores Siemens 1LE1 son muy compactos y emplean tecnologías
innovadoras de vanguardia. Los rotores 1LE1 están fabricados con una
combinación de materiales altamente conductores para minimizar las
pérdidas del rotor y proporcionar un excelente comportamiento de
arranque y conmutación.
Los motores 1LE1 con marco de aluminio son adecuados para una amplia
gama de tareas de accionamiento estándar, incluidas aplicaciones de bombas,
ventiladores, compresores, transportadores y equipos de elevación.
Los motores 1LE1 con bastidor de hierro fundido son especialmente
resistentes y se pueden utilizar en los entornos más difíciles, incluidas
trituradoras, mezcladoras y aplicaciones petroquímicas.
Los motores 1LE1 tienen las siguientes características de diseño adicionales:
• Pernos de ojo de elevación integrados
• Pies de montaje atornillables
• Protectores de extremos de cojinetes reforzados
• Las cajas de terminales son de fácil acceso.
• Se pueden agregar fácilmente codificadores, frenos y ventiladores externos.
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Motores estándar (1LA, 1LG)
Los motores IEC estándar de Siemens están disponibles en
las clases de eficiencia IE2 e IE3 para el área de validez del
Reglamento (UE) 640/2009 desde 750 vatios hasta 375 kW.
Estos motores también están certificados según EISA para el
mercado NAFTA en las clases de Eficiencia Energética y
Eficiencia Premium.
Los motores IEC estándar de Siemens están disponibles con
carcasa de aluminio o de hierro fundido. Entre los ejemplos de
motores IEC estándar de Siemens se incluyen las series 1LA y
1LG.
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Motores a prueba de explosiones
Las zonas con riesgo de explosión se dividen en
zonas. La división en zonas depende de la
probabilidad cronológica y geográfica de la
presencia de una atmósfera peligrosa y
potencialmente explosiva. La información y las
especificaciones para la clasificación de las zonas
se establecen en las siguientes normas:
• IEC/EN 60079-10-1 para atmósferas de gas
• IEC/EN 60079-10-2 para atmósferas de polvo
Se realiza una distinción adicional entre los distintos
grupos de explosión y clases de temperatura, y estos
se tienen en cuenta en la evaluación de peligros para
las zonas de riesgo.
Los equipos en operación deberán cumplir con
los requisitos mínimos de protección para las
zonas y los peligros asociados.
Siemens ofrece una amplia gama de motores protegidos
contra explosiones diseñados para funcionar de forma
confiable incluso en las condiciones más extremas.
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Motores no estándar de tamaño de bastidor 315 y superior
Los motores no estándar de Siemens, de tamaño de carcasa 315 y
superior, están disponibles como motores de baja tensión con un rango
de potencia de 200 kW a 4 MW y como motores de alta tensión de hasta
más de 100 MW. Esto incluye motores síncronos y de inducción para
todas las tensiones y tipos de refrigeración habituales.
En esta categoría se incluyen los motores de las series H-
compact y Ncompact, que ofrecen una eficiencia óptima, alta
densidad de potencia y diseños compactos que resultan en
menores requisitos de espacio y menor peso.
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SITRAIN®Formación para la industria
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temas:
• Motores NEMA
• Motores IEC
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Motores de alta tensión SIMOTICS
Los motores diseñados para operar con voltajes superiores a 1000
voltios se denominan a menudo motores de alto voltaje. Los motores
de alto voltaje de Siemens se comercializan colectivamente bajo la
marca SIMOTICS HV. Esto incluye los siguientes tipos de motores.
• Motores asíncronos desde 150 kW hasta 38 MW y
tensiones hasta 13,8 kV.
• Motores asíncronos de anillos rozantes de 300 kW a 8 MW
• Motores síncronos desde 2,1 MW hasta más de 100 MW
Cada una de estas categorías puede subdividirse a su vez. Por
ejemplo, los motores asíncronos SIMOTICS HV incluyen las siguientes
familias de productos.
• Motores compactos
• Motores modulares
• Motores de alta potencia
• Motores de alto par
• Motores especializados
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Motores superiores a NEMA
En EE. UU., los motores que superan la potencia nominal estándar NEMA
se denominan motores superiores a NEMA. Siemens fabrica una línea
completa de grandes motores de inducción de CA en nuestra planta de
Norwood, Ohio.
La planta de Norwood produce motores de inducción de CA horizontales
de hasta 18.000 HP con tensiones de funcionamiento de 460 V a 13,2 kV.
La planta también fabrica una línea completa de motores de inducción de
CA verticales de hasta 6.000 HP.
Los motores Siemens superiores a NEMA están disponibles en las categorías
que se muestran a continuación.
• Motores especiales fabricados según las normas API541 o
API547 del Instituto Americano del Petróleo
• Motores horizontales montados sobre patas diseñados para
cumplir con el estándar IEEE 841-2009 para las industrias
petrolera y química.
• Motores horizontales y verticales con los siguientes tipos
de envolvente
• Abierto a prueba de goteo (ODP) / protegido contra la intemperie (WPI)
• Refrigeración aire-aire totalmente cerrada (TEAAC)
• Totalmente cerrado y refrigerado por ventilador (TEFC)
• Refrigerado por agua a aire totalmente cerrado (TEWAC)
• Protegido contra la intemperie II (WPII)
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Motores según norma API 541 y 547
Las industrias de procesos altamente exigentes, desde la producción y
refinación de petróleo hasta el procesamiento químico y la generación de
energía, constituyen la prueba definitiva de la confiabilidad de los motores. El
funcionamiento continuo es crucial para estas industrias, y una falla eléctrica o
mecánica de un motor crítico implica no solo pérdida de tiempo de producción,
sino también de ingresos.
Los requisitos para el éxito en estos entornos son tan cruciales que el
Instituto Americano del Petróleo ha adoptado dos estándares
rigurosos para el rendimiento del motor: API 541 para motores de
servicio crítico y API 547 para motores de propósito general para
servicio severo.
Si bien las dos normas API se definen por potencia, un factor
diferenciador aún más importante es la criticidad de la
aplicación. Cuando el motor es crucial para el funcionamiento
fiable de un proceso, la ingeniería según la norma API 541,
incluso cuando los requisitos de potencia permitan un motor
API 547, es la opción más clara.
Para aplicaciones de propósito general que no son críticas pero que aún
requieren un motor de servicio severo, la especificación API 547
generalmente ofrece una alternativa menos costosa.
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Motores para pulpa y energía
Durante más de 100 años, Siemens ha proporcionado las
soluciones que la industria de pulpa y papel necesita para un
alto rendimiento y una larga vida útil.
Los diseños de motores TEFC de Siemens con potencias de hasta 3000
HP proporcionan una solución básica de bajo perfil y bajo
mantenimiento para las aplicaciones más difíciles.
Los motores están disponibles con las características necesarias para adaptarse a
aplicaciones que van desde molinos, tambores descortezadores, blanqueo, filtros y
descascarilladores hasta refinadores, líneas de batido, bombas de pulpa, sección de
prensa y bobinadoras.
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Motores H-compact PLUS
Los motores H-compact PLUS con potencias de hasta 18.000
HP (13 MW) y alturas de eje de hasta 710 mm se distinguen
por su fiabilidad, bajo mantenimiento y eficiencia.
Los motores H-compact PLUS ofrecen un valor excepcional y
tienen un rendimiento y características diseñados para satisfacer
los requisitos de las aplicaciones más exigentes.
• Los rotores de barras de cobre de alta conductividad y los devanados del estator
proporcionan un rendimiento eléctrico óptimo.
• Los conceptos de refrigeración innovadores y el diseño modular dan como resultado
• niveles de eficiencia y producción maximizados y un sistema que
puede integrarse en cualquier entorno de planta.
• El diseño con baja resistencia al viento y la precisión en todos los componentes
giratorios y estacionarios minimizan las pérdidas por fricción.
• El diseño distintivo del cojinete de manguito proporciona una calidad superior
• Rendimiento y larga vida útil.
• La alta densidad de potencia y la construcción compacta cumplen con los bajos
• requisitos de espacio y peso.
• El bajo nivel de ruido cumple con los requisitos de salud y seguridad.
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SITRAIN Mundo
Desde los conocimientos básicos hasta las habilidades especializadas
avanzadas, los cursos SITRAIN de Siemens ofrecen una amplia
experiencia directamente del fabricante y abarcan todo el espectro de
productos y sistemas de Siemens Industry.
A nivel mundial, los cursos SITRAIN están disponibles en más de
200 ubicaciones en más de 60 países.
Para obtener información adicional, incluido un mapa mundial de SITRAIN y
contactos de SITRAIN en todo el mundo:
http://sitrain.automation.siemens.com/sitrainworld/Default.aspx
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Finalización del curso
Este curso cubrió los siguientes temas: Este curso ha cubierto los temas que se muestran a la izquierda.
Gracias por su esfuerzo. Puede completar este curso presentando el
examen final y obteniendo al menos un 70%.
Capítulo 1 - Introducción
• Motores NEMA
• Motores IEC
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