dfdsfsdfdsf

TREBALL MÀQUINES ELÈCTRIQUES Rafa Pérez Pellicer

1


MÀQUINES ELÈCTRIQUES

PAUTES I PREGUNTES

1. Una màquina elèctrica és el conjunt de mecanismes i dispositius capaços de produir, transformar o aprofitar l’energia elèctrica. Quina diferència hi ha entre un generador i un motor?

2. Com és inherent en totes les transformacions d’energia, a les màquines elèctriques es produeixen pèrdues. El més interessant, però, és que aquestes són relativament petites comparades amb la majoria de màquines motrius, amb rendiments que es troben entre el 90 i el 99%. Explica en què consisteixen les pèrdues magnètiques, les elèctriques i les mecàniques.

3. Què s’entén per potencia nominal? I per força contraelectromotriu d’un motor?

ELS GENERADORS ELÈCTRICS DE CORRENT CONTINU: LA DINAMO

4. Fes una breu explicació amb alguna animació del principi de funcionament.

5. Fes un esquema amb les parts del rotor i l’estator.

a) En quina part de la màquina hi ha l’inductor i l’induït?b) Si una volta sencera d’una espira genera un període de señal altern

sinusoidal, i la dinamo és un generador de corrent continua, explica en quin element i com es fa la commutació?

6. Fes un esquema de com están connectats l’inductor i l’induït, segons el tipus d’excitació: independent, sèrie, derivació i composta.

7. Cita aplicacions on hi trobem generadors de corrent continu.

GENERADORS ELÈCTRICS DE CORRENT ALTERN: L’ALTERNADOR8. La majoria de generadors de corrent altern són màquines síncrones i trifàsiques. Què signifiquen aquests dos termes?


10. a) En quina part de la màquina hi ha l’inductor i l’induït?b) Quines són les diferències entre la dinamo i l’alternador? c) Per què a l’actualitat cada vegada s’utilitzen menys les dinamos i

s’utilitzen més els alternadors?11. Cita aplicacions on hi trobem generadors de corrent altern.

2


MOTORS DE CORRENT CONTINU

12. Fes una breu explicació amb alguna animació del principi de funcionament. Fes un esquema amb les parts del rotor i l’estator. Fes un esquema de com están connectats l’inductor i l’induït, segons el tipus d’excitació: independent, sèrie, derivació i composta. Quines diferències observes respecte els generadors de continua?

13. Com es realitza la inversió de gir?

14. El problema de l’arrencada: en el moment d’arrencar el motor, la velocitat és zero i la força contraelectromotriu que genera la màquina també; de manera que la intensitat augmenta molt fent que sigui perjudicial per l’induït. Quines solucions es poden prendre?

15. Com es pot regular la velocitat?

16. Cita aplicacions on hi trobem motors de corrent continu.

MOTORS DE CORRENT ALTERN

Ens centrem en el motor asíncron trifàsic o motor d’inducció trifàsic, que és el motor industrial per excel.lència.

17. Quines característiques fan que sigui una màquina tan utilitzada? Quin és el principal inconvenient?


19. Cita aplicacions on hi trobem motors de corrent altern. MOTORS UNIVERSALS

20. Què és un motor Universal? Enumera’n les característiques més importants.

3


MÀQUINES ELÈCTRIQUES

1. Una màquina elèctrica és el conjunt de mecanismes i dispositius capaços de produir, transformar o aprofitar l’energia elèctrica. Quina diferència hi ha entre un generador i un motor?

http://www.xtec.cat/~mmadruen/electricitat/electricitat.htm

Els receptors són aparells que transformen l'energia elèctrica en un altre tipus d'energia. Per exemple els motors, que transformen energia elèctrica en energia mecànica, mentre que un generador és un dispositiu capaç de transformar qualsevol tipus d'energia no elèctrica en energia elèctrica i subministrar-la a les càrregues que el travessen.

2. Com és inherent en totes les transformacions d’energia, a les màquines elèctriques es produeixen pèrdues. El més interessant, però, és que aquestes són relativament petites comparades amb la majoria de màquines motrius, amb rendiments que es troben entre el 90 i el 99%. Explica en què consisteixen les pèrdues magnètiques, les elèctriques i les mecàniques.

http://ca.wikipedia.org/wiki/Motor_de_corrent_continu

Pèrdues elèctriques o pèrdues del coure causades pel corrent que circula pels circuits elèctrics del motor, bàsicament pels enrotllaments, tant del rotor com del estator per l'Efecte Joule.

Pèrdues per rotació, dels quals se'n poden diferenciar dos tipus:

o Pèrdues mecàniques o de fregament són pèrdues causades principalment pels fregaments (de l'eix amb els coixinets i escombretes en contacte amb el rotor), i per la ventilació o refrigeració del motor.

o Pèrdues magnètiques, també anomenades pèrdues del ferro, es produeixen en el circuit magnètic, a causa del cicle d'histeresi i dels corrents paràsits de Foucault. Aquestes pèrdues es minimitzen laminant els pols, i els altres components que intervenen en el sistema magnètic, fent-los de xapa amb bones característiques magnètiques com el ferro.

4

http://ca.wikipedia.org/wiki/Corrent_de_Foucault

http://ca.wikipedia.org/wiki/Efecte_Joule


http://www.xtec.cat/~mmadruen/electricitat/electricitat.htm


3. Què s’entén per potencia nominal? I per força contraelectromotriu d’un motor?

Hi ha proporcionalitat directa entre l'energia que ens subministra un receptor i la càrrega que el travessa.

E = e' q

e' depèn de les característiques del receptor i s'anomena força contraelectromotriu (fcem) del receptor

La força contraelectromotriu (fcem) d'un receptor és la quantitat de Joules que subministra (en energia mecànica en el cas dels motors) per cada Coulomb de càrrega que hi circula.

La Potència Nominal d'un motor

La potència nominal d'un motor elèctric és la potència mecànica disponible en l'eix: s'expressa en Watt (W) o en cavalls vapor (1 Hp = 745.7 W) o en cavall vapor mètric (1 CV = 736 W); per comoditat se sol posar 1 CV = 1 Hp = 750 W.

El corrent nominal és el corrent absorbit pel motor quan, alimentat a tensió i freqüència nominal, subministra la potència nominal.

La potència nominal s'allunya de l'absorbida en raó de la rendició del motor. (Ha de tenir-se sempre present que la potència, o el corrent nominal caracteritza un punt de funcionament del motor ben determinat: el nominal.)

L'efectiva potència o corrent absorbida pel motor elèctric d'arrossegament d'una electrobomba depèn del punt de treball de la electrobomba mateixa: per a bombes centrífugues per exemple, com més elevat és el cabal, major és la potència absorbida.

Per problemes de sobrescalfament, i sovint per evitar també el fenomen de la cavitació, és fonamental utilitzar tota electrobomba dins dels límits indicats pel fabricant, només d'aquesta manera podem estar segurs de no comprometre l'eficient funcionalitat i la durada perllongada de la màquina.

Un motor transforma energia elèctrica en energia mecànica, essent aquesta energia E = e' I t

La potència útil és:

5


ELS GENERADORS ELÈCTRICS DE CORRENT CONTINU: LA DINAMO

http://maquineselectriques.wordpress.com/la-dinamo/


Una dinamo és un generador de corrent continu, en què es converteix l’energia mecànica de rotació del rotor en energia elèctrica contínua. El principi de funcionament és senzill, hi ha una bobina girant al rotor i un campt magnètic interaccionant amb ell produït per l’estàtor. Degut a la velocitat de la bobina, els electrons del conductor de l’estàtor es veuen induïts per la força magnètica, i això produeix una Força Electromotriu que s’anomena induïda.

5. Fes un esquema amb les parts del rotor i l’estator.

a) En quina part de la màquina hi ha l’inductor i l’induït?b) Si una volta sencera d’una espira genera un període de señal altern sinusoidal, i la dinamo és un generador de corrent continua, explica en quin element i com es fa la commutació?

L’estator:

És el conjunt d’elements que constitueixen l’estructura sobre la qual se sustenten els diferents òrgans de la màquina. Conté el sistema inductor, que produeix un camp magnètic.

o Pols inductors o principals: Estan dissenyats per repartir uniformement el camp magnètic. A les màquines de poca potència són imants permanents, però a la majoria dels generadors són electroimants, que tenen dos parts: Nucli iExpansió polar. El nombre de

6

http://maquineselectriques.wordpress.com/la-dinamo/


pols sempre és parell, i a les màquines més potents s’utilitzen pols auxiliars per ajudar en la commutació (el pas de corrent negativa a corrent positiva).

o Bobinatge inductor: són les bobines d’excitació dels pols principals, col·locades al voltant dels nuclis dels pols.

o Culata: Està construïda de material ferromagnètic i té la funció de subjectar els pols i de tancar el circuit magnètic (evitant que aquest afecti a l’exterior del motor).

El rotor:

És la part giratòria de la màquina, i és on s’engendra la FEM induïda. Conté, per tant, el sistema induït, el que vol dir que és el lloc on es genera el moviment dels electrons del conductor.

o Nucli de l’induït: És un cilindre construït amb una xapa magnètica apilada, el que redueix les pèrdues de ferro. És el suport del bobinatge induït.

o Bobinatge induït: està format per espires (o paquets d’espires) fetes de coure que es distribueixen uniformement per les ranures del nucli. Es connecta al circuit exterior per mitjà del col·lector i de les escombretes.

o Col·lector: És un cilindre solidari a l’eix de la màquina format per segments de coure o lamel·les aïllades elèctricament entre elles. A cada lamel·la s’hi connecta el final d’una bobina i el principi de la consecutiva en el nucli de l’induït.

o 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.

o Coixinets: Serveixen de suport i permeten el gir de l’eix de la màquina.

a) En quina part de la màquina hi ha l’inductor i l’induït?

L’inductor està situat a l’estator i l’induït es troba en el rotor.

7


b) Si una volta sencera d’una espira genera un període de señal altern sinusoidal, i la dinamo és un generador de corrent continua, explica en quin element i com es fa la commutació?

Per a produïr la corrent contínua s’ha de fer un canvi de polaritat, que s’anomena commutació. La conmutació es produeix al colector mitjançant un commutador giratori, solidari amb l’induït, constituït per uns electrodes anomenats delga.

6. Fes un esquema de com están connectats l’inductor i l’induït, segons el tipus d’excitació: independent, sèrie, derivació i composta.

Quan s’utilitzen electroimants en el sistema inductor, depenent de quin funcionament volguem obtenir de la màquina podem aconseguir electroimants més o menys potents. Es classifiquen en màquines d’excitació independent i màquines autoexcitades.

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.

Màquines autoexcitades:

L’inductor i l’induït estàn connectats elèctricament. Hi ha tres tipus de màquines autoexcitades:

- Excitació en sèrie: L’induït i l’inductor estàn connectats en sèrie. La intensitat que circula per els dos és la mateixa.

- Excitació derivació o paral·lel: L’induït i l’inductor estàn connectats en paral·lel.

- Excitació composta: Lenrotllament de l’inductor està dividit en dues parts, una connectada en sèrie amb l’induït i l’altra en derivació.

8


7. Cita aplicacions on hi trobem generadors de corrent continu.

Últimament, els generadors de corrent continu s’utilitzen molt poc, i tenen aplicacions molt concretes.

Les tres aplicacions més comuns són:

- Generadors d’energia elèctrica dels automòbils: S’aprofita l’energia mecànica del motor de l’automòbil per a produïr energia elèctrica que s’acumula en una bateria. Aquesta energia habilita totes les parts elèctriques d’un cotxe.

- Energia eòlica: S’aprofita l’energia cinètica del vent, la qual mou unes pales que fan girar una dinamo. Aquesta energia es deixa en forma de corrent alterna i es connecta a la xarxa elèctrica general.

- Bicicletes: S’incorpora una dinamo a la roda davantera de la bicicleta, o s’integra en el mateix “buje” de la roda, o al plat de la transmissió, i aquesta aprofita part de l’energia produïda pel ciclista per a fer energia elèctrica la qual permet encendre una bombeta de poca potència que ilumina al ciclista quan és fosc.

9


GENERADORS ELÈCTRICS DE CORRENT ALTERN: L’ALTERNADOR

http://maquineselectriques.wordpress.com/lalternador/

8. La majoria de generadors de corrent altern són màquines síncrones i trifàsiques. Què signifiquen aquests dos termes?

Les màquines síncrones són les que giren a la velocitat de sincronisme, que està relacionada amb el nombre de pols que té la màquina i la freqüència de la FEM generada per l’equació: Ns=60f/p. Això vol dir que no tenen lliscament, i que, per tant, la velocitat del rotor és directament proporcional a la freqüència del corrent produït, depenent aquesta proporció del nombre de pols de l’induït.La majoria d’alternadors industrials són trifàsics. Això implica que el rotor té 3 bobinatges induïts independents col·locats 120º l’un respecte de l’altre en el nucli. Això produeix 3 línies de corrent altern amb un desfasament de 120º.


El funcionament dels motors asíncrons es basa en la creació d’un camp magnètic giratori. Com que la construcció i el disseny d’un imant giratori seria molt difícil i costosa, s’utilitzen 3 bobines desfasades 120º col·locades en el estàtor i connectades a un alimentador trifàsic. Aquestes bobines creen un camp magnètic fictíciament giratori d’amplitud constant. A l’estàtor s’hi col·loca una bobina (o vàries) en curtcircuit, de manera que en produïr-se el “gir” del camp magnètic, la bobina queda sotmesa a una variació del flux que crea una FEM i com a conseqüència un corrent induït. Per l’acció del camp sobre el corrent es genera un parell de forces que fa girar la bobina, la qual està unida al rotor. D’acord amb la llei de Lenz. eñ corrent induït s’oposa a la causa que el provoca; per tant, la bobina girarà en el mateix sentit que el camp. El rotor gira a una velocitat inferior a la del camp, ja que si girés a la mateixa velocitat no estaria sotmesa a una variació de flux i per tant no s’engendraria una FEM induïda. La diferència entre la velocitat del camp i la velocitat del rotor s’anomena lliscament.

10

http://maquineselectriques.wordpress.com/lalternador/


L’alternador, com la dinamo, té 2 parts:

o L’estator: És la part fixa i està format per una carcassa metàl·lica que serveix de suport als diferents òrgans, i constitueix l’estructura de la màquina. Al seu interior s’hi fixa el nucli de l’induït, al contrari que en una dinamo, que està format per un paquet de xapes magnètiques en corma de corona i amb ranures longitudinals, on s’allotgen els conductors de l’enrotllament induït.

o El rotor: És la part mòbil i està situat a l’interior de l’estator. Conté el sistema inductor i mitjançant els anells de fregament, es pot alimentar el sistema per a que produeixi un camp magnètic.

Un alternador funciona de la següent manera:

1- S’alimenta de cc el rotor per a que produeixi un camp magnètic (bipolar, tetrapolar, hexapolar…). Normalment l’alimentació es fa utilitzant una petita part de la mateixa corrent alterna produïda per l’alternador i transformant-la a contínua.

2- El rotor gira alimentat per una màquina motriu.

3- El camp magnètic gira a la mateixa velocitat que el rotor, perquè són solidaris.

4- El camp magnètic indueix tensions a l’estator amb una freqüència determinada per la fòrmula: f=(p·N)/60.

5- Li connectem una càrrega i el corrent circula per l’estator.

10. a) En quina part de la màquina hi ha l’inductor i l’induït?

L’alternador té l’inductor en el rotor i l’induït en l’estator.

b) Quines són les diferències entre la dinamo i l’alternador?

Les diferències fonamentals entre una dinamo i un alternador són les següents:

- La dinamo té l’inductor en el estator i l’induït en el rotor, en canvi, l’alternador té l’inductor en el rotor i l’induït en l’estator.

- En l’actualitat la dinamo està passant a un segon plà respecte de l’alternador per dos motius principals:

- L’alternador pot produïr voltatges més elevats amb més facilitat.

11


· L’eficiència en el transport de l’energia elèctrica és molt més alta quan el corrent és altern.

· La majoria d’aparells domèstics i industrials utilitzen Corrent Alterna.

- La dinamo produeix CC i l’alternador CA.

c) Per què a l’actualitat cada vegada s’utilitzen menys les dinamos i s’utilitzen més els alternadors?

11. Cita aplicacions on hi trobem generadors de corrent altern.

L’alternador s’utilitza en quasi bé tots els tipus de producció d’energia elèctrica, tant industrial com domèstica. Trobem alternadors en centrals hidràuliques, mareomotrius, tèrmiques, nuclears, geotèrmiques…, així com també en podem trobar en cotxes o trens amb motor tèrmic.

12


MOTORS DE CORRENT CONTINU


12. Fes una breu explicació amb alguna animació del principi de funcionament. Fes un esquema amb les parts del rotor i l’estator. Fes un esquema de com están connectats l’inductor i l’induït, segons el tipus d’excitació: independent, sèrie, derivació i composta. Quines diferències observes respecte els generadors de continua?

13. Com es realitza la inversió de gir?

La inversó de gir es pot fer de dues maneres diferents: invertint la corrent que circula per l’induït, o invertint el camp magnètic de l’inductor.

14. El problema de l’arrencada: en el moment d’arrencar el motor, la velocitat és zero i la força contraelectromotriu que genera la màquina també; de manera que la intensitat augmenta molt fent que sigui perjudicial per l’induït. Quines solucions es poden prendre?

En el moment de l’arrencada, la força contraelectromotriu és zero, de manera que si no es disminuïs la tensió, es podria malmetre l’induït. Per a disminuïr la tensió i per tant regular la intensitat del corrent que circula, s’utilitza un reòstat d’arrencada. El reòstat d’arrencada s’ha de connectar en sèrie amb l’induït. El reòstat va reduïnt la resistència progresivament a mesura que la força contraelectromotriu va augmentant, limitant sempre el corrent a valors adequats.

15. Com es pot regular la velocitat?

La velocitat es regula ajustant la tensió del corrent o ajustant el flux.

16. Cita aplicacions on hi trobem motors de corrent continu.

Els motors de corrent continu s’utilitzen en moltes aplicacions:

- Precisió: micro motors, grues de gran precisió, màquines d’eines, màquines elevadores…

- Potència: Trens i tramvies.

13



MOTORS DE CORRENT ALTERN

Ens centrem en el motor asíncron trifàsic o motor d’inducció trifàsic, que és el motor industrial per excel.lència.

17. Quines característiques fan que sigui una màquina tan utilitzada? Quin és el principal inconvenient?

Els avantatges d’aquest tipus de motors són superiors als dels de corrent continu, prova d’això és que són el més utilitzats. Els més comuns en la indústria són els asíncrons o d’inducció trifàsics. Aquests motors tenen avantatges respecte als altres tipus d’alterna perquè són més barats i eficaços, i permeten més facilitat per a canviar de velocitats. També tenen menys pèrdues, i són capaços de suportar tensions més altes, produïnt conseqüentment més potència.

El principal inconvenient d’aquest tipus de motors és la falta de potència mitjana.


El funcionament dels motors asíncrons es basa en la creació d’un camp magnètic giratori. Com que la construcció i el disseny d’un imant giratori seria molt difícil i costosa, s’utilitzen 3 bobines desfasades 120º col·locades en el estàtor i connectades a un alimentador trifàsic. Aquestes bobines creen un camp magnètic fictíciament giratori d’amplitud constant. A l’estàtor s’hi col·loca una bobina (o vàries) en curtcircuit, de manera que en produïr-se el “gir” del camp magnètic, la bobina queda sotmesa a una variació del flux que crea una FEM i com a conseqüència un corrent induït. Per l’acció del camp sobre el corrent es genera un parell de forces que fa girar la bobina, la qual està unida al rotor. D’acord amb la llei de Lenz. eñ corrent induït s’oposa a la causa que el provoca; per tant, la bobina girarà en el mateix sentit que el camp. El rotor gira a una velocitat inferior a la del camp, ja que si girés a la mateixa velocitat no estaria sotmesa a una variació de flux i per tant no s’engendraria una FEM induïda. La diferència entre la velocitat del camp i la velocitat del rotor s’anomena lliscament.

14


19. Cita aplicacions on hi trobem motors de corrent altern. Els motors de corrent altern s’utilitzen en la major part de màquines industrials, que comprenen premses, elevadors, compressors, extractors, bombes centrífugues, ventiladors centrífugs…

També s’utilitzen en serreríes, molins, fàbriques textils i fàbriques de pòlvora degut al seu baix risc d’incendi.

També tenen un bon paper en fàbriques de cement, ja que el manteniment degut a la pols fina és mínim.

15


MOTORS UNIVERSALS

20. Què és un motor Universal? Enumera’n les característiques més importants.

Un motor universal és un motor que pot funcionar tant amb contínua com amb alterna, sense que les seves característiques de funcionament pateixin variacions sensibles.Per norma genral, s’utiltzen amb corrent alterna.

Aquest motor té el sobrenom de motor monofàsic en sèrie, perquè és un motor de CC amb excitació en sèrie, al qual se li han fet algunes modificacions; la més important és la xapa laminada amb que està construït l’estator, la qual evita enormes pèrdues magnètiques.

És un motor amb una versatilitat enorme, doncs es pot trobar tant en una màquina d’afaitar com en una aspiradora o un trepant.

Té un gran avantatge enfront de qualsevol altre motor monofàsic, i és que té el parell motor més alt.

L’inconvenient més gran és que no pot treballar a velocitat constant, igual que el motor de CC en sèrie.

Una altra característica rellevant és que la velocitat canvia depenent de la càrrega.

16

dfdsfsdfdsf

Documents

Transcript of dfdsfsdfdsf