Guia de Màquines Elèctriques: Motors i Transformadors
Introducció a les Màquines Elèctriques
Les màquines elèctriques es classifiquen segons la seva funció de conversió d'energia:
- Generadors: Converteixen l'energia mecànica (Em) en energia elèctrica (Ee).
- Motors: Converteixen l'energia elèctrica (Ee) en energia mecànica (Em).
- Transformadors: Varien els paràmetres de l'energia elèctrica (voltatge i intensitat) per a una transmissió fàcil.
Components i Classificació General
Totes les màquines consten de dues parts fonamentals: l'inductor (que crea el camp magnètic) i l'induït. Es poden dividir en màquines rotatives i màquines estàtiques.
Pèrdues i Potències en el Sistema
En el funcionament de les màquines es produeixen diverses pèrdues:
- Magnètiques: Degudes al cicle d'histèresi i als corrents de Foucault.
- Elèctriques: Produïdes per l'efecte Joule.
- Mecàniques: Causades per fregaments i sistemes de refrigeració.
Les potències clau són: Pabs (absorbida), Pperd (perduda), Pu (útil) i Pnom (nominal).
Màquines de Corrent Continu (CC)
La Dinamo
La dinamo funciona amb corrent continu i destaca per la seva reversibilitat, ja que pot treballar tant com a generador com a motor. Com a motor, permet una regulació fàcil de la velocitat del rotor.
Parts de la Dinamo
- Estator: Actua com a inductor.
- Rotor: Actua com a induït; en estar sotmès a una variació de flux, engendra una Força Electromotriu (FEM) induïda.
Tipus d'Excitació
- Excitació independent: L'inductor és alimentat per una font de corrent continu externa.
- Excitació automàtica: L'inductor està connectat a la mateixa màquina. Es divideix en:
- En sèrie: Connexió en sèrie, compartint la mateixa intensitat (I).
- Derivació (Shunt): Connexió en paral·lel.
- Composta (Compound): L'inductor està dividit en una connexió mixta.
La FEM és proporcional al flux i a la velocitat de gir. El sistema és estable quan, en augmentar el corrent, disminueix la tensió.
Motors de Corrent Continu
Tenen la mateixa constitució que la dinamo. El sentit de gir es determina mitjançant la llei de la mà esquerra.
Comportament i Tipologies
Es genera una força contraelectromotriu al rotor quan gira sotmès a una variació de flux, amb sentit contrari a la tensió aplicada. La velocitat és fàcil de regular i el parell motor (Tmotor) és proporcional a la intensitat externa.
- Motor d'excitació independent: Ofereix una bona regulació de la velocitat.
- Motor Compound: Combinació de les característiques dels motors en sèrie i shunt.
- Motor en sèrie: La velocitat és inversament proporcional a la càrrega. No pot treballar en buit perquè el flux seria menyspreable i la velocitat esdevindria inestable (tendint a l'infinit).
- Motor derivació: La tensió és superior a la nominal. La intensitat i el flux no varien, proporcionant gran estabilitat. En buit, la velocitat varia molt poc.
Màquines de Corrent Altern (CA)
Alternadors
Són màquines síncrones on la velocitat de gir està directament relacionada amb el nombre de pols i la freqüència de la FEM.
Parts: Estator (format per xapes magnètiques), rotor (amb anells de fregament) i l'excitatriu (que subministra corrent continu a l'inductor).
Motors de Corrent Altern
- Síncrons: Mantenen la reversibilitat de l'alternador; el rotor gira exactament a la velocitat de sincronisme. En buit, els pols de nom contrari del camp giratori i del rotor estan enfrontats.
- Asíncrons (Motors d'inducció): Es fonamenten en l'acció que exerceix el camp magnètic giratori de l'estator sobre els corrents que indueix en el rotor.
Motors Asíncrons Trifàsics
Mantenen una velocitat pràcticament constant. El lliscament relatiu és el coeficient que defineix la velocitat relativa de lliscament respecte al camp giratori.
Motors de CA Monofàsics i Especials
- Motor d'inducció bobinat: El rotor no pot girar només amb el camp magnètic creat per l'inductor.
- Motor Universal: Pot funcionar tant amb corrent continu com amb corrent altern sense variar les seves característiques.
- Motor Pas a Pas: S'utilitza quan es requereix un control precís de la posició i una regulació exacta de la velocitat de rotació.
Transformadors Elèctrics
Són màquines estàtiques que varien el voltatge i la intensitat del corrent altern mantenint la freqüència constant.
Constitució i Tipus
Es basen en un circuit magnètic que acobla els enrotllaments. El transformador cuirassat s'utilitza per evitar al màxim la dispersió del flux magnètic.
- Transformador Ideal: Es considera un model teòric sense cap mena de pèrdua.
- Transformador Real: Es tenen en compte les resistències dels enrotllaments i el fet que el flux no és totalment comú a ambdós circuits.