Los motores eléctricos pueden utilizar RTD, termistores, termopares o sensores de fibra óptica según la tarea de medida. Además de los devanados, pueden interesar los rodamientos, la carcasa y otros puntos internos. Cada ubicación proporciona información térmica distinta. La elección exige definir el componente observado, las condiciones eléctricas y cómo se utilizará el resultado para protección o control del motor.
El sensor apropiado depende de la ubicación de medición, el rango de temperatura, el entorno eléctrico, la precisión requerida, el comportamiento de respuesta, el espacio de instalación y la interfaz de monitoreo.
¿Qué sensores de temperatura se utilizan en los motores eléctricos?
Cuatro tipos de sensores cubren la mayoría de las mediciones de temperatura del motor. Los RTD (detectores de temperatura de resistencia) utilizan el cambio de resistencia eléctrica con la temperatura. Los termistores también utilizan cambio de resistencia, pero con materiales semiconductores y una curva de respuesta diferente. Los termopares generan un pequeño voltaje que depende de la temperatura. Los sensores de fibra óptica utilizan una señal óptica y, en los diseños basados en fluorescencia, la temperatura se deriva del comportamiento de fluorescencia de un material en la punta del sensor.
Los motores también pueden llevar sensores de temperatura de rodamientos y sensores de superficie o carcasa. Los sensores de rodamientos y carcasas miden cantidades térmicas diferentes a las de los sensores de devanado y estator.
Sensores RTD para medición de temperatura del motor
Un RTD es un detector de temperatura de resistencia. Su resistencia cambia de forma estable y repetible con la temperatura, y el dispositivo de monitoreo convierte la resistencia medida en un valor de temperatura. Pt100 y PT1000 son designaciones comunes que se refieren a la resistencia nominal a una temperatura de referencia.
En los motores, los RTD suelen estar integrados en el devanado del estator o colocados en cojinetes. Un RTD de devanado se instala durante la fabricación en una ubicación seleccionada, a menudo entre los lados de la bobina o en otra posición definida por el diseño del motor. Debido a que la relación resistencia-temperatura es estable, los RTD son muy adecuados para el monitoreo continuo de temperatura, y muchos relés de protección de motores, PLC y sistemas de monitoreo aceptan entradas RTD directamente.
Varios puntos necesitan atención en la selección. Un RTD requiere conductores eléctricos, por lo que se debe considerar el cableado y el aislamiento, particularmente en máquinas de alto voltaje. El enrutamiento de señales también puede necesitar cuidados en entornos eléctricamente exigentes. Las clases de precisión, tolerancias y rangos de temperatura específicos dependen del tipo de RTD y del fabricante y deben obtenerse de la documentación del producto.
Termistores en devanados de motor
Los termistores son resistencias sensibles a la temperatura. Los tipos NTC disminuyen su resistencia a medida que aumenta la temperatura, mientras que los tipos PTC generalmente muestran un fuerte aumento en la resistencia alrededor de una temperatura definida.
Los termistores PTC se utilizan a menudo para protección y detección de umbral. Un circuito de control monitorea la resistencia y un cambio repentino indica que el devanado ha alcanzado una condición establecida. Los termistores NTC proporcionan una resistencia dependiente de la temperatura que se puede leer como un valor de temperatura cuando se utiliza un circuito adecuado.
Los termistores son útiles cuando se necesita un tamaño compacto, una función de protección simple o un cambio rápido de resistencia. No todos deben tratarse como dispositivos de medición de temperatura precisos y continuos. Su comportamiento y finalidad de seguimiento dependen del tipo de sensor y del circuito de control al que está conectado. Un termistor utilizado para protección responde a una pregunta diferente a la de un sensor utilizado para datos continuos de temperatura del devanado.
Termopares para medición de temperatura del motor
Un termopar une dos metales diferentes y la unión genera un voltaje que depende de la temperatura. La unión de detección puede ser pequeña y la velocidad de respuesta depende de la construcción. Los termopares se utilizan en muchas aplicaciones industriales y también se encuentran en motores y equipos accionados.
Las principales consideraciones son eléctricas. La señal es un voltaje de bajo nivel transportado por conductores y la medición necesita una disposición de unión de referencia en el instrumento. En entornos eléctricamente exigentes, la conexión a tierra, el blindaje y el enrutamiento de la señal pueden influir en el resultado. Esto no impide que se utilicen termopares en motores. Esto significa que algunos entornos requieren más atención al cableado que la detección óptica.
Sensores de temperatura de fibra óptica para devanados de motores
La tecnología de INNO es una detección de temperatura de fibra óptica puntual basada en fluorescencia. La sonda tiene una punta sensora y la temperatura se mide en esa punta. Una fibra óptica lleva la luz de excitación a la punta y la señal de retorno a un instrumento compatible, que la convierte en un valor de temperatura.
Cada sonda mide una ubicación física definida. La fibra entre la punta sensora y el instrumento transporta la señal pero no mide la temperatura en toda su longitud. Se trata de detección puntual, no detección distribuida, y una sonda no encuentra automáticamente un punto caliente desconocido. El punto de medición debe elegirse de antemano.
Para los devanados, se instala una sonda de temperatura de fibra óptica del devanado del motor con su punta sensora en una ubicación de devanado seleccionada. La construcción general y la gama de tipos de sondas se describen en la página de sensores de temperatura de fibra óptica .
Las características relevantes para aplicaciones de motores incluyen:
- Aislamiento eléctrico de la ruta de detección óptica
- Alta resistencia a interferencias electromagnéticas
- Idoneidad para entornos seleccionados de alto voltaje o fuertes campos electromagnéticos
- Geometría de sonda pequeña, que puede ayudar cuando el espacio de instalación es limitado
- Monitoreo multipunto mediante múltiples sondas independientes
Estas son características del método de detección, no garantías para cada instalación. Que una sonda de fibra óptica se ajuste a un motor en particular depende de la ubicación de la medición, el diseño del devanado y la forma en que se puede encaminar la fibra fuera de la máquina.
RTD frente a termistor frente a termopar frente a sensor de fibra óptica
La siguiente tabla compara los cuatro tipos según cómo funcionan y dónde se consideran comúnmente. Es una comparación neutral, no una clasificación, y cada fila refleja características generales que varían según el producto específico.
| Tipo de sensor | Principio de medición | Uso típico del motor | Señal eléctrica en el punto de medición | Medición continua de temperatura | Consideración de selección principal |
|---|---|---|---|---|---|
| RTD | La resistencia cambia con la temperatura | Monitoreo integrado de devanados, estator y rodamientos | Sí, los conductores eléctricos van hasta el elemento sensor | Sí | Cableado de conductores, aislamiento y enrutamiento de señales en el entorno eléctrico |
| Termistor | La resistencia del semiconductor cambia con la temperatura | Protección de devanado y detección de umbral y, en algunos diseños, lectura de temperatura | Sí, los conductores eléctricos van hasta el elemento sensor | Depende del tipo de sensor y del circuito de control | Si el propósito es protección o datos continuos |
| Termopar | Tensión termoeléctrica en una unión de metales diferentes | Medición industrial general, incluidas algunas ubicaciones de motores y equipos | Sí, señal de voltaje de bajo nivel en los conductores | Sí | Unión de referencia, puesta a tierra y blindaje |
| Sensor de fibra óptica | Señal óptica de la punta de detección, como el comportamiento de fluorescencia | Medición directa en puntos de bobinado seleccionados, incluidos entornos eléctricamente exigentes | No, la ruta de la señal en el punto de medición es óptica | Sí | Ubicación de puntos, enrutamiento de fibra y canales de instrumentos compatibles |
¿Dónde se instalan los sensores de temperatura en un motor eléctrico?
La ubicación de medición a menudo limita la elección del sensor antes de considerar cualquier otro factor, porque diferentes ubicaciones tienen diferentes objetivos.
Devanados del estator
El devanado del estator es una ubicación principal para el monitoreo de la temperatura del motor. Los sensores se incrustan o se colocan en ubicaciones de bobinado seleccionadas, generalmente durante la fabricación. Un sensor de temperatura del estator de cualquier tipo mide sólo donde está instalado, por lo que la posición relativa al devanado es tan importante como el tipo de sensor.
Rodamientos
El monitoreo de la temperatura de los rodamientos tiene un objetivo diferente al del monitoreo de los devanados. Se ocupa de la lubricación y el estado mecánico, y allí se utilizan comúnmente RTD. La detección de fibra óptica no es necesaria para los rodamientos en general y la elección depende de los mismos factores que en otros lugares: ubicación, entorno y sistema de seguimiento.
Carcasa del motor
Es más fácil acceder a la temperatura de la carcasa o de la superficie, pero no es directamente igual a la temperatura del devanado interno. La diferencia depende del diseño del motor, la carga y la refrigeración. Las mediciones de la carcasa pueden ser útiles para otros fines, pero no sustituyen a un sensor en el devanado.
Otras ubicaciones internas
Dependiendo del diseño del motor, otras ubicaciones internas pueden ser de interés, como ranuras, devanados finales u otras ubicaciones térmicas. Cuáles de ellos son accesibles para la colocación del sensor depende de la construcción y no se aplica una regla general a todos los motores.
Por qué es importante la temperatura del devanado
La temperatura del devanado refleja el efecto combinado de la corriente, las pérdidas, la carga, el enfriamiento, las condiciones ambientales y el flujo de aire. Cuando aumenta la corriente de carga, las pérdidas en el devanado generalmente aumentan y también lo hace la generación de calor. Si se restringe el enfriamiento o el flujo de aire, la misma carga puede producir una temperatura de devanado más alta. Un sensor en el devanado capta el resultado de todos estos datos juntos, algo que las mediciones de superficie no pueden hacer.
Los valores de temperatura aceptables dependen del diseño del motor, del sistema de aislamiento y de las especificaciones aplicables, por lo que deben tomarse de la documentación del motor y no de cifras generales. Los métodos de medición en sí, incluida la resistencia del devanado y las técnicas de superficie, se tratan en nuestro artículo sobre cómo se mide la temperatura del devanado del motor .
Monitoreo de múltiples puntos de temperatura del motor
Un sensor de un solo punto proporciona un valor de temperatura en una ubicación. Cuando varias ubicaciones son importantes, cada una necesita su propio sensor. Con la detección de puntos de fibra óptica, un punto definido corresponde a una sonda y un canal activo compatible en el instrumento.
Como ejemplo de configuración, monitorear tres ubicaciones de devanado independientes normalmente necesitaría tres sondas y al menos tres canales activos compatibles. Este es sólo un ejemplo. El número de puntos de medición depende del diseño del motor y del objetivo de monitoreo, y no todos los motores necesitan tres.
Varias sondas proporcionan múltiples mediciones puntuales independientes, no un perfil de temperatura distribuido. Los instrumentos multicanal se describen en la página de sistemas de monitoreo de temperatura de fibra óptica , y el contexto de aplicación más amplio se cubre en monitoreo de temperatura de motor y generador .
Cómo elegir un sensor de temperatura del motor eléctrico
Resuelva los siguientes puntos en orden. Cada uno reduce las opciones.
- Ubicación de medición: devanado, estator, cojinete, carcasa u otro punto interno.
- Rango de temperatura esperado: confirme con la documentación del sensor.
- Comportamiento de respuesta requerido: qué tan rápido la lectura debe seguir los cambios.
- Precisión de medición requerida: como se indica en la especificación y confirmada para el sensor elegido.
- Requisito de aislamiento eléctrico: si el cableado conductor en el punto de medición es aceptable.
- Entorno electromagnético: alto voltaje, campos fuertes o condiciones de alta frecuencia.
- Espacio de instalación disponible: la habitación en el punto de medición previsto.
- Diámetro y geometría del sensor: si la sonda se ajusta a la ubicación.
- Enrutamiento de cable o fibra: cómo la conexión sale del motor y llega al instrumento.
- Número de puntos de medición: cada ubicación independiente necesita su propio sensor.
- Canales de monitoreo requeridos: suficientes canales de entrada compatibles para todos los sensores.
- Control, PLC o interfaz de monitoreo: el tipo de señal que acepta el sistema existente.
Selección de sensor por condición de aplicación
La tabla enumera los tipos de sensores comúnmente considerados para condiciones típicas, junto con la pregunta que decide entre ellos. No excluye otras opciones.
| Condición de aplicación | Tipos de sensores comúnmente considerados | Pregunta clave |
|---|---|---|
| Monitoreo integrado del devanado del estator | RTD, termistor, termopar, fibra óptica | ¿El sistema de monitoreo acepta el tipo de señal y la ubicación es accesible durante la fabricación? |
| Umbral de protección del motor | Termistor, RTD | ¿Es suficiente una función de conmutación o se necesitan datos de temperatura continuos? |
| Medición de temperatura industrial general | RTD, termopar | ¿Qué rango e interfaz necesita la aplicación? |
| Bobinado del motor de alta tensión | RTD, fibra óptica | ¿Cómo se maneja el aislamiento y el aislamiento eléctrico en el punto de medición? |
| Entorno electromagnético fuerte | Sensores eléctricos blindados, fibra óptica | ¿El cableado y el blindaje pueden mantener confiable la señal eléctrica o se prefiere una ruta óptica? |
| Monitoreo de bobinado multipunto | RTD, fibra óptica | ¿Cuántos puntos independientes se necesitan y hay suficientes canales disponibles? |
| Monitoreo de rodamientos | RTD, termopar | ¿Qué montaje e interfaz permite la ubicación del rodamiento? |
Medición de temperatura en entornos de alto voltaje y EMI fuertes
Los sensores eléctricos dependen de cables conductores y señales eléctricas. En muchos motores esto funciona bien, pero en máquinas de alto voltaje o donde hay fuertes campos electromagnéticos, el cableado se convierte en parte del problema de diseño. Es necesario prestar atención al aislamiento, la conexión a tierra, el blindaje y el tendido de cables, y la señal debe seguir siendo fiable en presencia del campo.
La detección de fibra óptica utiliza una ruta óptica entre el punto de detección y el instrumento. No existe una ruta de señal conductora en el punto de medición, por lo que en algunos entornos de alto voltaje, campo fuerte o radiofrecuencia esto puede simplificar el aislamiento eléctrico y el enrutamiento de la señal. Esta es una declaración sobre el método de detección, no una afirmación de inmunidad total. Las sondas de fibra óptica muestran una alta resistencia a las interferencias electromagnéticas y el resultado real aún depende de la instalación.
Nuevo diseño de motor versus monitoreo de temperatura de actualización
En un motor nuevo, se pueden planificar sensores integrados durante el diseño y la fabricación. Se pueden acordar los puntos de medición, colocar los sensores mientras se puede acceder al devanado y integrar el enrutamiento de cables o fibras en la construcción.
En un motor existente, el acceso al devanado interno suele ser limitado. Las opciones pueden incluir RTD integrados existentes, sensores de rodamientos, medición de superficies u otros puntos internos accesibles. No se debe dar por sentado que siempre se puede instalar una sonda de fibra óptica en un devanado existente, y cada caso necesita una revisión de ingeniería.
Restricciones de instalación que pueden cambiar la elección del sensor
- Elección de un sensor antes de definir la ubicación de medición.
- Tratar la temperatura de la carcasa como temperatura del devanado.
- Suponiendo que un sensor representa todo el devanado.
- Ignorar los requisitos de aislamiento eléctrico en el punto de medición.
- Ignorar el enrutamiento de cables o fibras hasta el final del diseño.
- Uso de un termistor de protección cuando se requieren datos de temperatura continuos.
- Suponiendo que varias sondas puntuales proporcionen detección distribuida.
Conclusión
Los motores eléctricos pueden utilizar RTD, termistores, termopares y sensores de fibra óptica, pero cumplen diferentes objetivos de medición y protección. Los RTD admiten un monitoreo continuo basado en la resistencia eléctrica. Los termistores proporcionan funciones compactas de detección y protección. Los termopares cubren una amplia medición de temperatura industrial. Los sensores de fibra óptica proporcionan medición puntual directa utilizando una ruta de señal óptica aislada eléctricamente.
La selección del sensor comienza con el punto de medición y el entorno operativo, no con el nombre del sensor. Una vez definidas la ubicación, el rango de temperatura, las condiciones eléctricas y la interfaz de monitoreo, las opciones adecuadas suelen quedar claras.
Si un proyecto de motor requiere una medición directa de la temperatura del devanado, INNO puede ayudar a revisar los puntos de medición, la configuración de la sonda, el enrutamiento de la fibra y los requisitos del canal.