UNITAT 5: MÀQUINES ELÈCTRIQUES
Què són les màquines elèctriques?
Pèrdues d'energia a les màquines elèctriques
Pèrdues elèctriques o pèrdues del coure
Pèrdues mecàniques
Pèrdues magnètiques
Potència i règim de funcionament
Potència absorbida o consumida (Pabs)
Potència perduda (Pp)
Potència útil (Pu)
Potència nominal
Generadors elèctrics
Principi de funcionament
Tot un conductor que es mou dins d'un camp magnètic tallant les línies de força engendra una FEM induïda.
Dinamos
Constitució de la dinamo
Estator
Sistema inductor
Pols inductors o principals
Bobinatge inductor
Culata
Rotor
Sistema induït
Nucli de l'induït
Bobinatge induït
Col·lector
Lamel·les
Escombretes
Coixinets
Tipus d'exitació
Màquines d'exitació independent
Màquines autoexitades
Exitació en derivació
Exitació composta
Exitació en sèrie
FEM generada en una dinamo
E= K Φ n [V]
S'ha de tenir en compte...
Tensió en borns (Vb)
Cobres característiques
Estabilitat en funcionament
Alternadors
ns= freqüència de rotació en min-1
p= nombre de parells de pols de l'induït
f= freqüència de la FEM induïda en HZ
Constitució de l'alternador
Rotor
Estator
Tatriu
Rotor de pols llisos
Rotor de pols sortits
Anells de fregament
FEM generada en un alternador
K = coeficient que depèn de les característiques constructives de l'enrotllament induït.
Ns = nombre d'espires sèrie per fase.
Φ = flux per pol en Wb.
f = freqüència en Hz
Tensió per fase de l'alternador
Motors elèctrics
Motors de corrent continu (CC)
Transformen l'energia elèctrica que reben a través dels borns, en forma de CC, en energia mecànica que cedeixen a l'eix.
Comportament dels motors de CC
Sentit de gir
Llei de la mà esquerra
Força contraelectromotriu del motor (ε').
ε′ = K Φ n [V]
Parell motor
F = B li L [N]
Si disposem de N conductors en el rotor, de radi r metres, el parell motor serà Γ = N F r = N B li L r [N·m]
Γ = K Φ Ii [N·m]
K = constant que depèn de les característiques de la màquina
Ii = intensitat de l'induït en A.
Φ = flux de cada pol en Wb.
Intensitat del motor (I)
Intensitat d'arrencada (Ia)
Parell d'engegada (Γa)
Γa = Γr + Γi
Γa = K Φa Ia
Velocitat de gir
Estabilitat de funcionament
En augmentar la velocitat respon amb una reducció del parell motor que estableix l'equilibri. En cas contrari, el motor s'embalarà.
En reduir la velocitat respon amb un augment del parell motor. En cas contrari, el motor anirà perdent força i s'aturarà.
Potència interna del motor (Pi)
Pi = ε' Ii [W]
Pi = Pabs − (pèrdues magnètiques + pèrdues elèctriques)
Potència absorbida i potència útil
Pabs = VL I [W]
click to edit
Pu = Pi − pèrdues mecàniques [W]
Parell intern i parell útil
Rendiment del motor (η)
Pp = pèrdues magnètiques + pèrdues elèctriques + pèrdues mecàniques.
Corbes característiques
Γ = K Φ Ii i el Φ
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.
Motor d'excitació independent
intensitat que consumeix el motor
Circuit induït
VL = ε' + I (r + Rc) + 2 Vco
El reòstat RRa en sèrie amb l'induït és per limitar la intensitat en el moment de l'arrencada, ja que ε′ = 0.
el reòstat RRe del circuit inductor serveix per regular la Iex i, per tant, la velocitat del motor
Motor en sèrie
Equació del circuit elèctric de la màquina
VL = ε' + I (r + Rc + Rs) + 2 Vco
intensitat que circula per l'inductor és la mateixa que consumeix l'induït
Moment d'arrencada
Γa = K′ Ia2
Motor en derivació o shunt
Equacions del motor shunt
reòstat RRa en sèrie amb l'induït ens permet limitar i regular la intensitat en engegar el motor
Motor compound
ΦT = Φs + Φd
Γ = K (Φd + Φs) Ii
Motors de corrent altern (CA)
Transformen l'energia que reben a través dels seus borns, en forma de CA, en energia mecànica que cedeixen a l'eix.
Motors d'inducció trifàsics
Motors síncrons
Motors asíncrons
estator
carcassa
nucli magnètic
bobinatge inductor
caixa de borns
rotor
Rotor de gàbia d'esquirol o en curtcircuit
Rotor bobinat
Velocitat de sincronisme i lliscament
potència activa
potència nominal
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
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. El motor no pot funcionar en aquestes condicions, ja que el rotor no estaria sotmès a variació de flux; per tant, no es generaria corrent en el rotor i en conseqüència Γ = 0.
Punt D. Correspon al funcionament en buit. El parell Γo és molt petit, però suficient per vèncer les resistències mecàniques de fregament del motor. La velocitat n0 és inferior a la velocitat de sincronisme (ns).
Punt C. Correspon al funcionament nominal del motor. El parell útil que subministra el motor és igual que el parell resistent que ofereix la càrrega. En aquest punt el motor és estable; per exemple, si augmenta la velocitat disminueix el parell motor; en conseqüència, el parell resistent frena el rotor i tornarà a la velocitat nominal. D'altra banda, un augment del parell resistent implica una disminució de la velocitat i, per tant, un augment del parell motor.
Punt K. Correspon a la velocitat crítica nK en què el motor ens subministra el parell màxim ΓK.
Motors síncrons trifàsics
Motors de corrent altern monofàsics
Motors d'inducció amb bobinatge auxiliar
De fase partida
Γa = 0,75 ÷ 2 Γn
De condensador
Γa = 3,5 Γn
Motor universal
aquell que pot funcionar tant amb corrent continu com amb corrent altern, sense que les seves característiques de funcionament, com ara velocitat, parell, potència, etc., pateixin variacions sensibles.
Motors pas a pas
els més adequats en aplicacions en les quals es necessita un control precís de la posició i/o una regulació excel·lent de la velocitat del rotor.