Please enable JavaScript.

Coggle requires JavaScript to display documents.

Màquines elèctriques - Coggle Diagram

- - - - Totes les màquines elèctriques disposen d'un circuit magnètic heterogeni i de dos circuits elèctrics.
      - El d'excitació o inductor, que és el que crea el camp magnètic principal, i el de l'induït, sotmès al camp magnètic creat per l'inductor.
    - - Màquines rotatives
        
        Són aquelles que tenen una part que gira sobre si mateixa, com és el cas dels motors i els generadors.
      - Màquines estàtiques
        
        Sense parts mòbils, cal assenyalar els transformadors.
  - - - També anomenades pèrdues del ferro, es produeixen en el circuit magnètic, a causa del cicle d'histèresi i dels corrents paràsits o de Foucault.
    - - També anomenades pèrdues del coure es produeixen en els circuits elèctrics i en les seves connexions, bàsicament a causa de l'efecte Joule.
    - - Són provocades principalment pels fregaments), i per la ventilació o refrigeració interior dels enrotllaments.
  - - - És la potència provocada per les pèrdues d'energia.
    - - És la que subministra la màquina.
    - - També anomenada Potència consumida, és la que se subministra a la màquina per al seu funcionament.
    - - És la màxima potència útil que pot proporcionar de manera permanent sense que l'escalfament sobrepassi el valor límit a partir del qual es poden deteriorar els seus aïllaments.
    - - Rep aquest nom quan la màquina treballa a potència nominal, però pot treballar a potències diferents de la nominal.
      - Quan treballa a més càrrega que la nomina, llavors diem que treballa en sobrecàrrega.
- - - - Sentit de gir
        
        El sentit de gir d'un motor es troba aplicant la llei de la mà esquerra. S'inverteix el sentit de gir canviant el sentit del corrent a l'induït o a l'inductor.
      - Força contraelectromotriu del motor (ε')
        
        Quan el rotor gira està sotmès a una variació de flux; per tant, es genera una FEM en els conductors de l'induït que, segons la llei de Lenz.
      - Parell motor
        
        D'acord amb la llei de Laplace, el valor de força exercida sobre cada conductor és:
        F = B li L [N]
      - Intensitat del motor (I)
        
        La intensitat que absorbeix el motor de la xarxa val:
      - Intensitat d'arrencada (Ia)
        
        En el moment d'arrencar el motor, la velocitat n = 0, per tant ε' = 0 i el corrent a la màquina valdrà:
      - Parell d'engegada (Γa)
        
        Ha de ser més gran que el parell motor nominal, ja que a més de vèncer el parell resistent (Γr), ha d'accelerar el rotor fins a arribar a la velocitat nominal, és a dir, vèncer el moment intern del rotor (Γi).
      - Velocitat de gir
        
        La freqüència de rotació d'un motor de CC val:
      - Estabilitat de funcionament
        
        Augmentar la velocitat respon amb una reducció del parell motor que estableix l'equilibri. En cas contrari, el motor s'embalarà.
      - Potència interna del motor (Pi)
        
        És tota l'energia que el camp magnètic transmet a l'induït i val:
        Pi = ε' Ii [W]
      - Potència absorbida i potència útil
        
        Es determinen a partir de les equacions següents:
        Pabs = VL I [W]
        Pu = Pi − pèrdues mecàniques [W]
      - Parell intern i parell útil
        
        S'obtenen a partir de la relació entre les potències interna i útil i la velocitat angular:
      - Rendiment del motor (η)
        
        És la relació entre la potència útil i l'absorbida:
    - - El funcionament d'un motor de CC depèn de cinc variables: la freqüència de rotació n, el corrent d'excitació Iex, la tensió en borns VL, el corrent induït Ii i el parell motor Γ.
      - Característica de velocitat n = f (I) amb Γ = ct.
      - Característica del parell motor Γ = f (I) amb n = ct.
      - Característica mecànica Γ = f (n) amb I = ct.
    - - I el reòstat RRe del circuit inductor serveix per regular la Iex i, per tant, la velocitat del motor:
      - La velocitat del motor varia molt poc, per variable que sigui la càrrega i el parell motor, tal com podem observar en la seva característica de velocitat.
    - - La intensitat que circula per l'inductor és la mateixa que consumeix l'induït i val:
      - De l'equació deduïm que la velocitat del motor en sèrie és inversament proporcional a la càrrega.
    - - Les equacions del motor shunt són:
      - El reòstat RRa en sèrie amb l'induït ens permet limitar i regular la intensitat en engegar el motor.
    - - Els motors compound s'acostumen a realitzar en connexió llarga i additius, és a dir, el camp magnètic resultant és la suma del camp magnètic sèrie i shunt ΦT = Φs + Φd.
      - El motor compound additiu reuneix propietats dels motors en sèrie i dels motors shunt.
  - - - El motor asíncron trifàsic és el motor industrial per excel·lència. La seva construcció senzilla i robusta, l'absència de col·lector i l'adaptació del seu funcionament a les variacions brusques de càrrega mantenint una velocitat pràcticament constant fan del motor asíncron una màquina de funcionament molt fiable.
      - Estator
        
        Carcassa
        
        Té la funció de servir de suport als diferents òrgans i constitueix l'estructura del motor.
        
        Nucli magnètic
        
        Va fixat a la carcassa i està construït amb un paquet de xapa magnètica en forma de corona i amb ranures longitudinals per allotjar-hi el bobinatge inductor.
        
        Bobinatge inductor
        
        Té la funció de produir el camp giratori. És format per tres enrotllaments de fil o platines de coure.
        
        Caixa de borns
        
        Serveix per connectar el motor a la xarxa elèctrica.
      - Rotor
        
        Rotor de gàbia d'esquirol o en curtcircuit
        
        Es construeix amb barres de coure o d'alumini, amb els extrems curtcircuitats amb anells del mateix material.
        
        Rotor bobinat
        
        Porta un bobinatge trifàsic de fil de coure, connectat en estrella; els tres extrems lliures es connecten a tres anells de bronze o llautó, disposats sobre l'eix, i mitjançant les escombretes es tanca el circuit rotòric amb unes resistències que constitueixen el reòstat d'engegada del motor.
      - Principi de funcionament
        
        El funcionament dels motors asíncrons es basa en la producció d'un camp magnètic giratori.
        
        Amb aquesta disposició s'obté un camp magnètic giratori d'amplitud constant que gira a una velocitat ns que depèn de la freqüència del corrent, anomenada velocitat de sincronisme.
        
        Velocitat de sincronisme i lliscament
        
        Potència activa
        
        Potència nominal
        
        És la que caracteritza el motor i correspon a la potència útil quan funciona a plena càrrega.
        
        Potència reactiva
        
        Potència aparent
        
        Rendiment
        
        Intensitat
        
        Parell motor
        
        Corba de característica mecànica
        
        És la corba característica més important d'un motor d'inducció i representa com varia el parell d'acord amb la velocitat del motor mantenint la tensió i la freqüència d'alimentació constants.
        Γ = f (n) V = ct. f = ct.
        
        Punt A
        
        Correspon al moment d'engegar, la velocitat del motor és n = 0, i s'obté un parell d'engegada Γa superior al parell nominal Γn. La intensitat d'engegada és més gran que la In.
        
        Punt ns
        
        Correspon a la velocitat de sincronisme.
        
        Punt D
        
        Correspon al funcionament en buit.
        
        Punt C
        
        Correspon al funcionament nominal del motor.
        
        Punt K
        
        Correspon a la velocitat crítica nK en què el motor ens subministra el parell màxim ΓK.
    - - El funcionament d'un motor síncron es fonamenta en la reversibilitat de l'alternador. Si alimenten l'estator d'un alternador trifàsic amb un CA trifàsic engendrarà un camp magnètic giratori de velocitat ns.
      - El parell motor màxim s'aconsegueix quan φ = 90º. Si se sobrepassa el parell màxim, el rotor perd la velocitat de sincronisme i s'atura.
  - - - La constitució dels motors d'inducció monofàsic és molt semblant a la d'un motor d'inducció trifàsic, amb el bobinatge inductor a l'estator i un induït en curtcircuit (gàbia d'esquirol) al rotor.
      - Per això, s'utilitza un bobinatge auxiliar d'arrencada col·locat a l'estator en paral·lel amb el bobinatge inductor principal, i desfasat respecte d'aquest de manera que el camp magnètic creat en l'inductor auxiliar i en el principal quedin desplaçats.
      - De fase partida
        
        En l'estator s'hi allotja el bobinatge inductor principal que ocupa els 2/3 de les ranures totals i el bobinatge auxiliar que ocupa la resta, desplaçats 90° sobre l'estator.
        
        El parell d'engegada d'aquest motor està comprès entre Γa = 0,75 ÷ 2 Γn; per tant, s'utilitza en aplicacions en què el motor hagi d'arrencar en buit o amb càrregues moderades.
      - De condensador
        
        Es igual que el de fase partida, però amb un condensador en sèrie amb el bobinatge inductor auxiliar.
        
        D'aquesta manera s'aconsegueix que el desfasament entre I1 i I2 sigui pràcticament de 90° i s'obté un parell d'engegada d'aproximadament Γa = 3,5 Γn, que fa que aquest motor sigui molt adequat per a aplicacions en què és necessari arrencar amb càrrega, com ara en una rentadora.
- - - - És l'encarregat d'acoblar magnèticament els enrotllaments. És format per columnes o nuclis on es col·loquen els enrotllaments i les culates que tanquen el circuit magnètic.
    - - Es fan amb fils i platines de coure, d'acord amb la intensitat que han de suportar.
  - - - En el transformador ideal de la figura, quan connectem el primari a una tensió alterna Vp amb el secundari obert, hi circularà el corrent de buit I0 = Ip que crearà un flux variable Φ, comú als dos enrotllaments, i engendrarà una FEM autoinduïda, εp , en el primari i una FEM induïda, εs, en el secundari.
    - - Si connectem una càrrega als borns del secundari, hi circularà un corrent Is. En aquestes condicions, el secundari subministra una potència P2, que es transmet al primari per acció del flux comú, amb l'augment corresponent del corrent primari Ip.
- - - - La constitució de les màquines de corrent continu, generadors i motors, és idèntica, ja que el procés de conversió d'energia mecànica en energia elèctrica és reversible.
      - L'estator és format pel conjunt d'elements que constitueixen l'estructura sobre la qual se sustenten els diferents òrgans de la màquina.
      - Els pols inductors o principals
        
        A les màquines de poca potència poden ser imants permanents, però en la majoria són electroimants, en els quals distingim el nucli i l'expansió polar.
        
        El nombre de pols ha de ser parell i les màquines s'anomenen bipolars si en tenen dos, tetrapolars si en tenen quatre, hexapolars si en tenen sis, etc.
      - Bobinatge inductor
        
        Són les bobines d'excitació dels pols principals, col·locades al voltant dels nuclis. Estan fetes amb conductors de coure o d'alumini recobert per un vernís aïllant elèctric.
      - Culata
        
        Serveix per tancar el circuit magnètic i per subjectar els pols, i està construïda amb material ferromagnètic, fosa o acer suau o dolç.
      - Nucli de l'induït
        
        És un cilindre construït amb xapa magnètica apilada per reduir les pèrdues de ferro. Disposa d'unes ranures longitudinals on es col·loquen les espires de l'enrotllament induït.
      - Bobinatge induït
        
        És format per espires o paquets d'espires (bobines) de coure que es distribueixen uniformement per les ranures del nucli.
      - Col·lector
        
        És un cilindre solidari a l'eix de la màquina format per segments de coure o lamel·les aïllades elèctricament entre elles.
      - Escombretes
        
        Són peces de carbó-grafit o metàl·liques que mantenen el contacte elèctric per fregament amb el col·lector per fer la commutació del corrent induït i treure'l en forma de CC cap al circuit exterior a través de la caixa de borns.
      - Coixinets
        
        Serveixen de suport i faciliten el gir de l'eix de la màquina.
    - - La utilització d'electroimants (en el sistema inductor) permet obtenir camps magnètics més potents i variar el funcionament de la màquina regulant el corrent d'excitació.
      - D'acord amb la connexió elèctrica entre l'enrotllament inductor i l'induït, les màquines de CC es classifiquen en màquines d'excitació independent i màquines autoexcitades.
      - En les màquines d'excitació independent no hi ha connexió elèctrica entre l'inductor i l'induït. El circuit inductor és alimentat per una font de CC exterior, com ara una pila, un acumulador, etc.
      - En les màquines autoexcitades, l'inductor i l'induït estan connectats elèctricament. Segons el tipus de connexió són màquines d'excitació en sèrie, excitació en derivació i excitació composta.
      - Excitació en sèrie
        
        L'induït i l'inductor estan connectats en sèrie. La intensitat que circula pels dos sistemes és la mateixa.
      - Excitació en derivació
        
        L'induït i l'inductor estan connectats en paral·lel.
      - Excitació composta
        
        L'enrotllament inductor està dividit en dues parts, una connectada en sèrie amb l'induït i l'altra en derivació.
    - - La FEM (ε) generada en una dinamo és determinada per l'expressió:
      - Estabilitat de funcionament
        
        Una dinamo és estable quan, en augmentar el corrent que subministra, disminueix la tensió als seus borns.
      - Tensió en borns
        
        És la tensió que subministra a la línia que alimenta i s'ha de mantenir tan constant com sigui possible per a qualsevol càrrega.
      - Corbes característiques
        
        Expressen les condicions de funcionament de la dinamo. Les facilita el fabricant.
  - - - Estator
        
        És format per una carcassa metàl·lica que serveix de suport als diferents òrgans, i constitueix l'estructura de la màquina.
      - Rotor
        
        Està situat a l'interior de l'estator i conté el sistema inductor i els anells de fregament, solidaris a l'eix de la màquina, mitjançant els quals s'alimenta el sistema inductor.
        
        Rotor de pols sortits
        
        Utilitzats en màquines bipolars, tetrapolars i hexapolars que giren a 3 000, 1 500 i 1 000 min−1, respectivament, accionades per turbines de vapor i de gas, motiu pel qual s'anomenen turboalternadors.
        
        Rotor de pols llisos
        
        S'utilitza en els alternadors multipolars accionats per turbines hidràuliques o per motors tèrmics, que són màquines amb una velocitat relativament lenta.
    - - Segons el principi de funcionament, exposat a la unitat anterior, la FEM eficaç, εf, generada en cadascuna de les fases d'un alternador valdrà: