Eficiencia de entrada/salida del motor
Calcule la eficiencia del motor, las pérdidas de potencia y la disipación de calor a partir de las mediciones de entrada eléctrica y salida mecánica.
Fórmula
η = P_out / P_in × 100%, P_loss = P_in − P_out
Cómo Funciona
La eficiencia del motor (424) es la relación entre la potencia de salida mecánica y la potencia de entrada eléctrica, expresada como un porcentaje: 424 = (P_out/P_in) × 100. Las pérdidas incluyen las pérdidas de cobre (I²R) en las bobinas, las pérdidas de hierro (histéresis y corrientes parásitas) en el núcleo del estator, las pérdidas por fricción mecánica y aerodinámica y las pérdidas por carga parásita. La eficiencia no es constante: alcanza su punto máximo en un punto de carga específico (normalmente entre el 75 y el 85% del par nominal) y disminuye tanto con cargas ligeras como con sobrecargas.
Ejemplo Resuelto
Un motor BLDC de 48 V consume 8.5 A y entrega 320 W de potencia mecánica. Paso 1 — Alimentación eléctrica de entrada: P_in = V × I = 48 V × 8,5 A = 408 W Paso 2 — Eficiencia: 424 = (P_salida/ P_entrada) × 100 = (320/ 408) × 100 = 78,4% Paso 3 — Pérdidas totales: P_loss = P_in − P_out = 408 − 320 = 88 W Paso 4 — Estimación del aumento de temperatura (suponiendo una convección natural, la resistencia térmica R_θ = 2 °C/W): ΔT = P_loss × R_θ = 88 × 2 = 176 °C por encima de la temperatura ambiente Paso 5 — Conclusión: el motor requiere refrigeración por aire forzado o un disipador de calor. Con un ventilador que reduce el R_θ a 0,5 °C/W: ΔT = 88 × 0,5 = 44 °C, lo que es aceptable para un motor con una elevación nominal de 85 °C.
Consejos Prácticos
- ✓Haga funcionar el motor al 70— 85% del par nominal para obtener la mejor eficiencia; diseñe la relación de transmisión y la carga para colocar el punto de operación en este rango
- ✓En el caso de los sistemas alimentados por baterías, mida la eficiencia total del sistema (batería → controlador → motor → carga) en lugar de la eficiencia del motor por sí sola: las pérdidas del controlador del 5 al 15% afectan significativamente el tiempo de ejecución
- ✓Los motores BLDC suelen alcanzar una eficiencia del 85 al 95%, frente al 70 al 85% de los motores de corriente continua con escobillas de tamaño similar; la compensación es la complejidad y el costo del controlador
Errores Comunes
- ✗Uso de la eficiencia nominal en todos los puntos de operación: la eficiencia del motor con una carga del 10% puede ser entre un 20 y un 30% inferior a la cifra de eficiencia máxima
- ✗Medir solo la potencia de entrada de corriente continua para un controlador de motor sin escobillas: las pérdidas de conmutación en el inversor son parte de las pérdidas del sistema y deben incluirse
- ✗Ignorar el factor de potencia de los motores de inducción de corriente alterna: un factor de potencia deficiente significa una mayor potencia aparente (kVA), incluso si la eficiencia de la potencia real (kW) parece buena
Preguntas Frecuentes
¿Cómo puedo medir la eficiencia motora en el laboratorio?
Mida la potencia de entrada de corriente continua (V × I en los terminales del motor) y mida la potencia de salida mecánica con un sensor de par y un tacómetro (P_out = T × ω). En el caso de motores pequeños, es habitual realizar una prueba de dinamómetro o de frenos con una célula de carga calibrada. Asegúrese de que el motor haya alcanzado el estado térmico estable antes de registrar las mediciones.
¿Qué es la eficiencia de los motores de clase IE?
El sistema de clasificación IE (eficiencia internacional) clasifica los motores de inducción de corriente alterna desde IE1 (estándar) hasta IE5 (ultra premium). Cada clase requiere una eficiencia mínima a la carga nominal. Los motores IE4 e IE5 son de reluctancia síncrona o de imanes permanentes con eficiencias superiores al 95% a carga nominal.
¿La eficiencia del motor cambia con el voltaje?
Sí, operar por debajo de la tensión nominal aumenta la corriente para el mismo par, lo que aumenta las pérdidas de cobre I²R y reduce la eficiencia. Operar por encima de la tensión nominal aumenta las pérdidas de hierro. La mayoría de los motores alcanzan su punto máximo dentro del ± 10% de su voltaje nominal.
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