2. Calcolo della potenza del motore
3. Velocità, poli e rapporti di trasmissione
4. Ciclo di lavoro e fattore di servizio
5. Ambiente operativo e classe IP
6. Matrice di selezione del tipo di motore
7. Classe di efficienza e costo del ciclo di vita
8. Domande frequenti
1. Comprensione del tipo di carico
Il primo passo in qualsiasi processo di selezione di un motore consiste nella caratterizzazione del carico azionato. Questo definisce i requisiti di coppia e velocità nell'intero intervallo operativo, che a sua volta determina il tipo di motore richiesto, la potenza nominale, il numero di poli e se è necessario un variatore di frequenza o un riduttore. Esistono tre categorie di carico fondamentali.
La coppia rimane approssimativamente costante indipendentemente dalla velocità. La potenza del motore richiesta aumenta quindi proporzionalmente alla velocità. Esempi: nastri trasportatori, pompe volumetriche, compressori, miscelatori e paranchi. Il motore deve essere dimensionato per fornire una coppia sufficiente alla velocità di esercizio più bassa, anche durante l'avviamento a pieno carico.
La coppia aumenta con il quadrato della velocità; la potenza aumenta con il cubo della velocità. Esempi: pompe centrifughe, ventilatori e soffianti. Al 50% della velocità nominale, il carico richiede solo il 25% della coppia nominale e il 12,5% della potenza nominale. Questa caratteristica rende i carichi a coppia variabile ideali per il controllo della velocità tramite inverter, dove è possibile ottenere un notevole risparmio energetico a fronte di una riduzione della portata richiesta.
La potenza rimane costante mentre la coppia diminuisce all'aumentare della velocità. Esempi: macchine utensili per la lavorazione dei metalli (azionamenti del mandrino), macchine avvolgitrici e alcuni azionamenti per laminatoi. La scelta del motore per carichi a potenza costante deve garantire che il motore possa fornire la piena potenza nominale alla velocità massima richiesta e una coppia sufficiente per la forza di taglio o avvolgimento alla velocità minima del campo di funzionamento.
Identificare prima il tipo di carico previene l'errore più comune nel sovradimensionamento del motore: selezionare un motore dimensionato per la coppia di avviamento su un carico centrifugo che richiede solo il 12,5% della coppia nominale a metà velocità. Un motore sovradimensionato funziona con un basso fattore di potenza e un'efficienza ridotta nella maggior parte del suo campo di funzionamento, aumentando sia i costi energetici che i costi per la potenza reattiva.
2. Calcolo della potenza del motore
Una volta nota la caratteristica coppia-velocità sotto carico, è possibile calcolare la potenza richiesta all'albero motore. La potenza richiesta deve essere sufficiente per le condizioni operative peggiori, in genere il carico massimo alla velocità massima, applicando un fattore di servizio per le condizioni di avviamento e le variazioni di carico.
| Applicazione | Fattore di servizio iniziale | Esecuzione di ServiceFactor | Note |
|---|---|---|---|
| pompa centrifuga / ventilatore | 1.0 | 1,0–1,15 | Coppia di avviamento ridotta; dimensionamento per il punto di funzionamento massimo |
| Nastro trasportatore (avvio con carico) | 1.5 | 1,15–1,25 | L'avviamento con elevata inerzia o carico richiede un margine di coppia di avviamento |
| compressore a vite | 1,5–2,0 | 1.25 | Avviamento a vuoto possibile; utilizzare un avviatore soft starter o un sistema stella-triangolo. |
| Agitatore/miscelatore | 2,0–2,5 | 1,25–1,5 | L'avvio del batch con elevata viscosità rappresenta la condizione peggiore. |
| Paranco / gru | 2.0–3.0 | 1.5 | Avviamento a pieno carico sospeso; utilizzare il motore del freno |
Dopo aver calcolato la potenza del motore richiesta, arrotondare per eccesso alla successiva potenza nominale standard IEC della serie (0,18, 0,25, 0,37, 0,55, 0,75, 1,1, 1,5, 2,2, 3,0, 4,0, 5,5, 7,5, 11, 15, 18,5, 22, 30, 37, 45, 55, 75, 90, 110, 132, 160, 200 kW). Evitare di selezionare un motore di una taglia superiore di oltre una taglia standard rispetto al fabbisogno calcolato, poiché ciò aumenta i costi di investimento e riduce l'efficienza a carico parziale e il fattore di potenza.
3. Velocità, poli e rapporti di trasmissione
La velocità del motore in giri al minuto è determinata dal numero di poli magnetici e dalla frequenza di alimentazione. A 50 Hz, le quattro configurazioni standard dei poli producono le seguenti velocità sincrone e velocità approssimative a pieno carico:
Quando la velocità di uscita richiesta non corrisponde a nessuna velocità standard del motore, si utilizza un riduttore per ridurre (o occasionalmente aumentare) la velocità tra motore e carico. Il rapporto di trasmissione necessario è semplicemente la velocità del motore divisa per la velocità di uscita richiesta. Ad esempio, un nastro trasportatore che richiede 28 giri/min da un motore a 4 poli a 1.450 giri/min necessita di un rapporto di trasmissione di circa 52:1. Questo si ottiene tipicamente con un riduttore a vite senza fine per coppie moderate o con un riduttore elicoidale per impieghi gravosi continui ad alta potenza.
Suggerimento per la selezione: quando la velocità di uscita richiesta è compresa tra 50 e 300 giri/min, confronta il costo totale di un motore a 4 poli con un riduttore a due stadi rispetto a un motore a 6 o 8 poli con un riduttore a stadio singolo. Quest'ultima opzione spesso riduce la complessità della trasmissione, i punti di manutenzione e il costo totale di installazione per applicazioni di agitatori e nastri trasportatori. combinazioni di motoriduttori copre tutte e quattro le configurazioni di poli abbinate a riduttori a vite senza fine, elicoidali e conici-elicoidali.
4. Ciclo di lavoro e fattore di servizio
La norma IEC 60034-1 definisce nove tipologie di funzionamento standard (da S1 a S9) che descrivono l'alternanza nel tempo dei periodi di carico e di riposo di un motore. Il ciclo di lavoro determina il carico termico sul motore e influisce direttamente sulla potenza nominale richiesta.
Il motore funziona ininterrottamente a carico costante per un tempo sufficiente a raggiungere l'equilibrio termico. Le applicazioni più comuni sono pompe, ventilatori, compressori e nastri trasportatori. Il motore è dimensionato per il funzionamento continuo alla potenza nominale indicata sulla targhetta.
Il motore funziona a carico costante per un breve periodo definito (10, 30, 60 o 90 minuti), quindi si arresta per un tempo sufficiente al completo raffreddamento a temperatura ambiente. Attuatori per valvole e paratoie, macchine utensili a funzionamento intermittente. I motori per servizio di breve durata possono avere una potenza nominale superiore a quella di un motore S1 per il periodo di funzionamento definito.
Il motore alterna periodi di carico e di riposo in un ciclo fisso e non raggiunge mai l'equilibrio termico in nessuna delle due fasi. Il fattore di lavoro ciclico (CDF) è il rapporto tra il tempo di funzionamento e il tempo totale del ciclo. Le macchine per l'imballaggio, le presse e gli azionamenti per ascensori spesso funzionano in modalità S3 con un CDF compreso tra il 25 e il 60%.
S4 comprende l'effetto termico dell'avviamento. S5 comprende i cicli di frenatura. S6 copre il funzionamento continuo con sovraccarichi intermittenti. S7 e S8 coprono le funzioni di frenatura e cambio di velocità del motore. Queste tipologie di funzionamento sono rilevanti per applicazioni su gru, paranchi e laminatoi, dove i frequenti cicli di accelerazione-decelerazione impongono un ulteriore stress termico all'avvolgimento del motore.
5. Ambiente operativo e classe IP
L'ambiente di installazione determina il grado di protezione IP richiesto, la classe di isolamento e, in alcuni casi, il materiale di costruzione del motore. Un motore installato in un ambiente interno pulito e asciutto può utilizzare un IP44. Lo stesso motore, installato in un'area esterna di un impianto chimico soggetta a pioggia e polvere, richiede un IP55 o un IP65. Le linee di lavorazione alimentare soggette a lavaggi quotidiani con soluzioni caustiche ad alta pressione richiedono un IP69K con struttura in acciaio inossidabile.
Per le aree classificate come pericolose contenenti gas infiammabili o polveri combustibili, i motori standard non sono ammessi indipendentemente dal grado di protezione IP. Sono obbligatori i motori antideflagranti certificati (Ex d IIB T4 per le aree con gas in Zona 1 o Ex t IIIB per le aree con polveri in Zona 21). Korea Ever-Power Motori antideflagranti serie YB2 Coprono le aree del gas di Zona 1 e Zona 2 da 0,55 a 200 kW in tutte le quattro configurazioni polari.
| Ambiente | IP minimo |
|---|---|
| Pulire gli interni, asciugare | IP44 |
| Industriale generico, polveroso | IP54 |
| All'aperto o getti d'acqua | IP55 |
| aree di lavaggio | IP65 |
| lavaggio di alimenti/farmaci | IP69K |
| Area a rischio di contaminazione da gas pericolosi (Zona 1) | Ex d IIB |
6. Matrice di selezione del tipo di motore
Una volta definiti il tipo di carico, la potenza, la velocità, il ciclo di lavoro e l'ambiente di lavoro, è possibile selezionare il tipo di motore. Questa matrice abbina i requisiti applicativi più comuni alla serie di motori appropriata di Ever-Power Korea.
| Requisito | Serie Ever-Power coreana | Caratteristica principale |
|---|---|---|
| Standard S1, funzionamento continuo, ambiente interno pulito | Serie Y2 | IE3, IP54, 0,18–200 kW, tutte le configurazioni a 4 poli |
| Velocità variabile con VFD | Serie YVF2 | Ventilatore esterno IC416, Classe H, termistori PTC, 0,75–200 kW |
| Sono necessarie due velocità fisse (senza inverter). | Serie YD | Dahlander / avvolgimento separato, combinazioni di poli da 4/2P a 12/6P |
| Compito di sostegno/posizionamento del carico | Serie Y2EJ | Freno a corrente continua integrato con molla di azionamento, tempo di arresto < 0,1–0,4 s |
| Zona pericolosa 1 / Zona 2 | Serie YB2 | Ex d IIB T4, IP55, 0,55–200 kW, certificato IECEx / ATEX |
| IP69K lavaggio quotidiano (alimentare/farmaceutico) | Serie BXG | Acciaio inossidabile 316L, IP69K, guarnizioni FDA, Ra 0,8 µm, Classe H |
| Bassa potenza (< 1 kW), telaio in alluminio | Serie YS | 25 W–750 W, telaio in alluminio, IP44, opzione di avviamento a condensatore |
Le specifiche complete del prodotto, le tabelle dei modelli e le guide applicative per ogni serie sono disponibili nel Sezione prodotti motori trifase.
7. Classe di efficienza e costo del ciclo di vita
Per la maggior parte dei motori industriali, il costo energetico su una vita operativa di 10 anni supera di gran lunga il prezzo di acquisto iniziale. Un motore da 22 kW acquistato per 600 dollari consumerà circa 480.000 kWh in 10 anni a pieno carico (4.800 ore all'anno). A 0,12 dollari/kWh, ciò si traduce in un costo dell'elettricità di 57.600 dollari, ovvero 96 volte il prezzo di acquisto del motore. Un miglioramento dell'efficienza da IE2 (90,9%) a IE3 (91,6%) per un motore da 22 kW consente un risparmio di circa 410 kWh all'anno per motore, ovvero 4.100 kWh e 492 dollari in 10 anni a 0,12 dollari/kWh.
Per gli impianti con un elevato numero di motori, il risparmio energetico cumulativo derivante dal passaggio dalla classe di efficienza IE2 alla IE3 per un numero di motori compreso tra 50 e 100 può rappresentare una significativa riduzione dei costi operativi annuali. Il Regolamento UE 2019/1781 impone la classe di efficienza IE3 come requisito minimo per i motori da 0,75 a 200 kW nel mercato europeo, e molti altri mercati stanno adottando normative equivalenti. Specificare la classe IE3 come requisito minimo per tutti i nuovi acquisti di motori rappresenta sia un obbligo normativo che una scelta economicamente vantaggiosa dal punto di vista operativo.
8. Domande frequenti
A cura di Cxm
