Casi toda la ganancia de eficiencia del motor por encima de IE4 proviene de dos tecnologías: el motor de reluctancia síncrona (SynRM) y el motor síncrono de imanes permanentes (PMSM). Ambos dejan atrás el clásico motor asíncrono de jaula de ardilla, ambos alcanzan IE5 y en algunos casos IE6, y ambos comparten algo que a menudo se pasa por alto: no funcionan con la red, sino solo con un variador de frecuencia. Este artículo explica en qué se diferencian, por qué importa esa diferencia y cuándo elegir qué tecnología.
Asíncrono vs síncrono: los fundamentos
Un motor asíncrono clásico (motor de jaula de ardilla) siempre gira algo más lento que el campo giratorio del estátor: esa diferencia, el deslizamiento, es necesaria para inducir en el rotor una corriente que genera el par. Esa corriente rotórica inducida provoca pérdidas, y son precisamente esas pérdidas las que forman el límite superior de la eficiencia que un motor asíncrono puede alcanzar. En la práctica, IE4 es aproximadamente ese techo.
Un motor síncrono gira exactamente en sincronía con el campo giratorio, sin deslizamiento. No se induce corriente en el rotor, por lo que desaparecen las pérdidas asociadas. Por eso mismo tanto el SynRM como el PMSM, ambos principios síncronos, pueden rendir por encima de IE4. La diferencia entre ambos radica en cómo se arrastra el rotor en sincronía.
¿Qué es un SynRM (reluctancia síncrona)?
Un motor de reluctancia síncrona tiene un rotor sin devanados y sin imanes: solo un paquete de chapas de acero ingeniosamente conformado con huecos (barreras de flujo). El rotor sigue el campo giratorio porque el flujo magnético siempre busca el camino de menor resistencia (reluctancia). El campo giratorio arrastra el rotor, por así decirlo, a lo largo del eje de menor reluctancia.
La gran ventaja: sin imanes y sin corriente rotórica significa un rotor frío y robusto, sin dependencia de tierras raras. Además, el rotor cabe en la misma carcasa que un motor asíncrono estándar, lo que simplifica la sustitución equivalente. ABB comercializa esta tecnología con el nombre SynRM, combinada con un variador adecuado.
La desventaja: un SynRM tiene un factor de potencia y una densidad de potencia algo inferiores a los de un PMSM, y ofrece su mejor eficiencia solo en combinación con un variador bien ajustado. Para la mayoría de aplicaciones de bombas, ventiladores y compresores, eso es más que suficiente.
¿Qué es un PMSM (imanes permanentes)?
Un motor síncrono de imanes permanentes tiene imanes en el rotor o sobre él (normalmente neodimio-hierro-boro). Estos imanes proporcionan un campo rotórico constante que gira en sincronía con el campo giratorio del estátor. Como el campo rotórico lo proporcionan los imanes y no necesita inducirse, el PMSM es muy eficiente, compacto y de par elevado.
Los motores PMSM alcanzan generalmente la mayor densidad de potencia y el mejor factor de potencia de todos los tipos de motor, lo que los convierte en la primera opción donde el espacio o el peso son críticos, o donde importa una eficiencia muy alta a carga parcial. También son habituales en aplicaciones servo y de tracción.
Las desventajas: los imanes hacen que el motor sea más sensible a temperaturas altas (riesgo de desmagnetización) y dependiente del precio y la disponibilidad de tierras raras. Además, ante un fallo de red, un PMSM en giro puede devolver tensión, lo que requiere atención en el diseño.
SynRM vs PMSM: la comparación
En resumen: elija SynRM por robustez, un rotor frío, sin dependencia de imanes y sustitución equivalente sencilla en aplicaciones industriales de bombas y ventiladores. Elija PMSM donde la densidad de potencia máxima, la mayor eficiencia o el menor volumen de construcción sean decisivos, y donde la temperatura sea manejable.
Ambas tecnologías alcanzan IE5. Con un diseño optimizado, el PMSM puede crecer hasta IE6. El SynRM ofrece en la práctica el menor coste total de propiedad en aplicaciones industriales estándar, mientras que el PMSM destaca en aplicaciones compactas, muy dinámicas o críticas en peso.
Cómo alcanzan IE5 e IE6
Las clases de eficiencia IE1 a IE6 están definidas en la norma IEC 60034-30-1 (IE1 a IE4) y la posterior IEC TS 60034-30-2 (IE5 y superior). Cada escalón de clase representa aproximadamente un 20% menos de pérdidas que el anterior. Donde un buen motor asíncrono se detiene en IE4, el SynRM y el PMSM alcanzan IE5, y con PMSM, IE6 es alcanzable en versiones específicas.
Para traducir la eficiencia a euros: en funcionamiento continuo, cada escalón de clase supone rápidamente cientos de euros al año por motor. Calcule su propia situación con nuestra calculadora de ahorro energético, que convierte la diferencia entre clases IE en kWh, euros y periodo de amortización.
Por qué se requiere un variador de frecuencia
Este es el punto que más a menudo causa sorpresas en la práctica: ni un SynRM ni un PMSM pueden arrancar directamente con la red. Un motor asíncrono arranca por sí mismo gracias al deslizamiento; un motor síncrono no, porque el rotor no puede alcanzar desde parado el campo del estátor girando de repente a plena velocidad. Por tanto, ambos tipos siempre necesitan un variador de frecuencia que aumente gradualmente la frecuencia desde cero.
Esto no es una desventaja, sino a menudo una ventaja: el variador proporciona regulación de velocidad continua, arranque suave y, en aplicaciones de bombas y ventiladores con carga variable, ahorro energético adicional además de la ganancia del propio motor. Eso sí, significa que debe especificar motor y variador como un único sistema. Lea más sobre la elección y los aspectos CEM en nuestro artículo sobre variadores de frecuencia.
¿Cuándo elegir cuál?
Para una bomba, ventilador o compresor estándar en funcionamiento continuo, donde desea ahorrar energía y a la vez mantenerse cerca de una sustitución equivalente: SynRM. Robusto, frío, sin imanes y disponible en ABB en carcasas conocidas.
Para aplicaciones compactas, alta dinámica, servo, tracción o donde cada punto porcentual de eficiencia a carga parcial cuenta: PMSM. Donde actualmente opera un motor IE3 y la instalación ya tiene o tendrá un variador de frecuencia, el cambio a un SynRM o PMSM IE5 casi siempre merece la pena calcularse.
¿Indeciso entre conservar su motor asíncrono actual o cambiar? Nuestra base de conocimiento trata esa decisión por separado en reparar o sustituir y en clases de eficiencia IE.
Recomendaciones prácticas
Especifique siempre el motor y el variador de frecuencia juntos como un sistema, no por separado. En una solicitud IE5/IE6, pida la eficiencia en su punto de funcionamiento real, no solo a plena carga; es precisamente a carga parcial donde las tecnologías divergen. Con PMSM, tenga en cuenta la temperatura máxima de bobinado y el comportamiento de regeneración ante un fallo de red. Y antes de sustituir, haga calcular el periodo de amortización según sus horas de funcionamiento y el precio de la electricidad.
Van Bodegraven suministra soluciones tanto ABB SynRM como PMSM, con variadores ABB adecuados, y asesora sobre la elección correcta para su aplicación. Suministramos desde stock UE de ABB con plazos de entrega cortos.
No se pueden derivar derechos de los datos mencionados en este artículo. Contáctenos para un presupuesto concreto y el estado de entrega actual.
¿Motor IE5 o IE6 para su aplicación?
Indique su potencia, velocidad, régimen de funcionamiento y si ya hay un variador de frecuencia presente. Propondremos una solución SynRM o PMSM adaptada con un variador ABB adecuado, y calcularemos el periodo de amortización para usted.