La eficiencia de un motor eléctrico es la relación entre la potencia mecánica entregada por el motor (salida) y la potencia eléctrica suministrada al motor (entrada).
Eficiencia de un motor formula
Eficiencia de motor eléctrico = (Salida de potencia mecánica / Entrada de potencia eléctrica) x 100%
Por lo tanto, un motor que tiene una eficiencia del 85 por ciento convierte el 85 por ciento de la entrada de energía eléctrica en energía mecánica. El 15 por ciento restante de la energía eléctrica se disipa en forma de calor, evidenciado por un aumento en la temperatura del motor.
Tabla eficiencia de motor eléctrico
La Tabla 1 compara las eficiencias nominales a plena carga estándar actuales para motores estándar y energéticamente eficientes de varios tamaños. Tenga en cuenta que estas eficiencias son promedios para motores de diseño B trifásicos. (Los motores de diseño B representan el 90 por ciento de todos los motores de inducción de uso general).
Los motores de otros tipos (Diseño A, C o D) tienen eficiencias ligeramente diferentes, mientras que los motores monofásicos tienen eficiencias sustancialmente más bajas. Los motores energéticamente eficientes solo se comercializan con las características de par y velocidad NEMA B.
Eficiencias nominales a plena carga promedio Motores estándar y de bajo consumo energético | ||
| * Diseño B, cuatro polos, trifásico | ||
Los motores eléctricos energéticamente eficientes utilizan un diseño de motor mejorado y materiales de alta calidad para reducir las pérdidas del motor, mejorando así la eficiencia del motor. El diseño mejorado da como resultado una menor disipación de calor y una menor salida de ruido.
Los motores energéticamente eficientes usan menos electricidad, funcionan a menor temperatura y, a menudo, duran más que los motores NEMA (Asociación Nacional de Fabricantes Eléctricos) B del mismo tamaño.
La mayoría de los motores eléctricos fabricados antes de 1975 se diseñaron y construyeron para cumplir con los niveles mínimos de rendimiento como compensación por un precio de compra bajo.
La eficiencia de motor eléctrico se mantuvo solo a niveles lo suficientemente altos para cumplir con las restricciones de aumento de temperatura del motor en particular.
En 1977, (NEMA) recomendó un procedimiento para etiquetar motores trifásicos estándar con una eficiencia nominal promedio. Estas eficiencias representan un promedio de la industria para una gran cantidad de motores del mismo diseño.
La eficiencia de motor es un factor que depende de una variedad de imperfecciones mecánicas y eléctricas dentro del motor. Las pérdidas de resistencia (I2R) en los devanados del estator y las barras del rotor pueden constituir hasta un 15 por ciento de pérdida de eficiencia en motores trifásicos.
Las pérdidas I2R en motores de caballos de fuerza fraccionarios monofásicos pueden llegar al 30 por ciento. Las pérdidas de magnetización en los núcleos del estator y del rotor provocan una pérdida de eficiencia de entre el 1 y el 7 por ciento.
Las pérdidas por fricción en los cojinetes y la ineficiencia en los ventiladores de enfriamiento dan como resultado una pérdida de 0,5 a 1,5 por ciento en la eficiencia del motor. Las pérdidas por fricción y magnetización son independientes de la carga del motor y se relacionan únicamente con el tamaño y el diseño del motor.
Las pérdidas restantes se denominan pérdidas por carga parásita. Los motores con carga muy baja tienen eficiencias más bajas porque la fricción, el viento y las pérdidas del núcleo permanecen constantes y comprenden un porcentaje cada vez mayor del consumo total de energía del motor.
Los materiales de construcción y el diseño mecánico y eléctrico de un motor dictan su eficiencia final. Los motores energéticamente eficientes utilizan materiales de alta calidad y emplean un diseño optimizado para lograr una mayor eficiencia.
El alambre de cobre de gran diámetro en el estator y más aluminio en el rotor reducen las pérdidas de resistencia del motor energéticamente eficiente. La configuración mejorada del rotor y el espacio de aire optimizado entre el rotor y el estator dan como resultado una reducción de las pérdidas por carga parásita. Un diseño de ventilador de enfriamiento optimizado proporciona un amplio enfriamiento del motor con un mínimo de pérdida de aire. Las laminaciones de acero más delgadas y de mayor calidad en el rotor y el núcleo del estator permiten que el motor de eficiencia energética funcione con pérdidas de magnetización sustancialmente menores. Los cojinetes de alta calidad dan como resultado una reducción de las pérdidas por fricción.