4t ESO IES Galileo Galilei Cortesia de Miquel Rausa IES RAMBLA PRIM

Presentación del tema: "4t ESO IES Galileo Galilei Cortesia de Miquel Rausa IES RAMBLA PRIM"— Transcripción de la presentación:

1 4t ESO IES Galileo Galilei Cortesia de Miquel Rausa IES RAMBLA PRIM
MÀQUINES ELÈCTRIQUES 4t ESO IES Galileo Galilei Cortesia de Miquel Rausa IES RAMBLA PRIM

2 UNIVERSALS (SINCRONS)
   CLASIFICACIÓ MÀQUINES ELÉCTRIQUES ROTÒRIQUES  MOTORS C.C SÉRIE SHUNT  COMPOUNT   INDEPENDENT  C.A  MONOFÀSICS  INDUCCIÓ (ASINCRONS) SINCRONS  GAVIA D’ESQUIROL: FASE PARTIDA/CONDENSADOR/ESPIRA D’OMBRA ROTOR DEVANAT REPULSIÓ HISTÈRESIS/RELUCTÀNCIA/IMAN PERMANENT  TRIFÀSICS C.C/C.A UNIVERSALS (SINCRONS)  GENERADORS DINAMO INDEPENDENT ALTERNADOR   MONOFÀSICS   TRIFÀSICS POLS LISOS POLS SORTITS    ESTÀTIQUES TRANFORMADORS TRIFÀSICS

3 Classificació de les màquines elèctriques
Màquina elèctrica: Conjunt de mecanismes i dispositius capaços de produir, transformar o aprofitar l’energia elèctrica. Classificació de les màquines elèctriques Màquines rotatives: Tenen una part que gira sobre si mateixa, Generadors: transformen l’energia mecànica en energia elèctrica. Motors: transformen l’energia elèctrica en mecànica. Màquines estàtiques: no tenen parts mòbils Transformadors: varien les característiques de l’energia elèctrica per facilitar-ne el transport i la utilització.

4 Pèrdues d’energia a les màquines elèctriques
Les pèrdues en les màquines elèctriques són relativament petites comparades amb la majoria de màquines motrius. S’obtenen rendiments de prop del 90 % i, fins i tot, superiors al 99 % en el cas dels transformadors de potències elevades. Pèrdues magnètiques (pèrdues del ferro), es produeixen en el circuit magnètic, a causa del cicle d’histèresi i dels corrents paràsits o de Foucault. Pèrdues elèctriques (pèrdues del coure) es produeixen en els circuits elèctrics i en les seves connexions, bàsicament a causa de l’efecte Joule. Pèrdues mecàniques són provocades principalment pels fregaments (de l’eix amb els coixinets i, si escau, amb les escombretes), i per la ventilació o refrigeració interior dels enrotllaments.

5 Generadors elèctrics Transformen l’energia mecànica que reben per l’eix del rotor en energia elèctrica que subministren a la xarxa per mitja dels seus borns. «Tot conductor que es mou dins d’un camp magnètic tallant les línies de força engendra una FEM induïda.»

6 Dinamos Constitució de la dinamo Són generadors de corrent continu.
En l’actualitat s’utilitzen molt poc, ja que la producció i transport d’energia elèctrica es fa en forma de corrent altern. Són màquines reversibles, és a dir, poden funcionar com a generadors i com a motors Constitució de la dinamo La constitució de les màquines de corrent continu, generadors i motors és idèntica. Les seves parts fonamentals són l’estator i el rotor. L’espai que queda entre tots dos s’anomena entreferro.

7 Constitució d’una dinamo. Estator
L’estator: format pel conjunt d’elements que constitueixen l’estructura de la màquina. Conté el sistema inductor destinata produir el camp magnètic. Els pols inductors o principals estan dissenyats per repartir uniformement el camp magnètic. Acostumen a ser electroimants, en els quals distingim el nucli i l’expansió polar. Estan construïts normalment amb xapa magnètica apilada. El nombre de pols ha deser parell El 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 recoberts per un vernís aïllant elèctric. La culata serveix per tancar el circuit magnètic i per subjectar els pols, i està construïda amb material ferromagnètic, fosa o acer suau o dolç (amb un baix contingutde carboni).

8 Constitució d’una dinamo. Rotor I
El rotor és la part giratòria de la màquina, que en estar sotmesa a variació de flux, engendra la FEM induïda; per tant, conté el sistema induït, solidari a l’eix de la màquina. El 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. El bobinatge induït és format per espires o bobines de coure que es distribueixen uniformement per les ranures del nucli.

9 Constitució d’una dinamo. Rotor II
El 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. Les escombretes són peces de carbó-grafi t 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. Els coixinets serveixen de suport i permeten el gir de l’eix de la màquina.

10 Alternadors Els alternadors són generadors de corrent altern.
Els generadors industrials són trifàsics. La majoria d’alternadors són màquines de CA síncrones, que 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 següent:

11 Constitució de l’alternador I
L’estator és 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 fi xa el nucli de l’induït, format per un paquet de xapes magnètiques, en forma de corona i amb ranures longitudinals, on s’allotgen els conductors de l’enrotllament induït. El rotor o part mòbil està situat a l’interior de l’estator, conté el sistema inductor i els anells de fregament, solidaris a l’eix de la màquina, mitjançant els quals s’alimenta el sistema inductor.

12 Constitució de l’alternador II
Els alternadors necessiten una font de CC exterior per alimentar el sistema inductor. Per això, en el mateix eix del rotor s’hi acobla l’excitatriu, que és un generador de CC on s’obté el corrent que alimenta el sistema inductor a través dels anells de fregament. En els alternadors de gran potència més moderns s’han eliminat les escombretes i els anells, ja que la funció d’excitatriu la fa un generador trifàsic d’induït mòbil i el CA que genera es rectifica mitjançant semiconductors muntats directament a l’eix.

13 Motors elèctrics Els motors elèctrics són convertidors electromecànics que transformen l’energia elèctrica que reben a través dels seus borns en energia mecànica que subministren a través de l’eix del motor.

14 Motors de corrent continu (CC)
Si apliquem una tensió a les escombretes, circularà un corrent per l’espira i el camp magnètic exercirà una força sobre ella. Es genera una força d’igual i de sentit contrari a cada costat, és a dir, un parell de forces que fan girar l’espira sobre el seu eix. Amb l’espira en posició horitzontal no hi circula corrent, però continuarà girant a causa de la inèrcia. A continuació, el col·lector invertirà el sentit del corrent a l’espira, de manera que davant de cada pol el sentit del corrent és el que tenia abans; en conseqüència, el parell actuarà sempre en el mateix sentit i l’espira seguirà girant.

15 Comportament del motor de CC I
Sentit de gir. 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, s’oposa a la causa que la provoca; serà, doncs, de sentit contrari a la tensió VL aplicada al motor, motiu pel qual s’anomena força contraelectromotriu (FCEM). El valor de la ε’ serà: ε’ = K n [V] Parell motor. Γ = K F Ii [N·m] Velocitat de gir.

16 Comportament del motor de CC II
Potència interna del motor (Pi). És tota l’energia que el camp magnètic transmet a l’induït i val: Pi = ε’ Ii [W] Pi = Pabs − (pèrdues magnètiques + pèrdues elèctriques) Potència absorbida i potència útil. Pabs = VL I [W] Pu = Pi − pèrdues mecàniques [W] Rendiment del motor (η). És la relació entre la potència útil i l’absorbida: en què la potència perduda Pp = pèrdues magnètiques + pèrdues elèctriques + pèrdues mecàniques.

17 Motor 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. D’acord amb el principi de funcionament es classifiquen en motors síncrons i asíncrons. Motors síncrons. El seu rotor gira a la velocitat de sincronisme Motors asíncrons. El seu rotor gira a una velocitat n inferior a la de sincronisme ns. Es fonamenten en l’acció que exerceix el camp magnètic giratori de l’estator sobre els corrents que indueix en el rotor, per aquest motiu s’anomenen motors d’inducció. Pel nombre de fases de l’enrotllament estatòric, tenim motors trifàsics, i monofàsics,

18 Constitució del motor d’inducció trifàsics (l’estator)
L’estator conté el sistema inductor. És format per: La carcassa té la funció de servir de suport als diferents òrgans i constitueix l’estructuradel motor. El nucli magnètic va fi xat 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. El bobinatge inductor té la funció de produir el camp giratori. És format per tres enrotllaments de fil o platines de coure. La caixa de borns serveix per connectar el motor a la xarxa elèctrica. Disposa de sis borns on van connectats els principis i els fi nals de cada enrotllament.

19 Constitució del motor d’inducció trifàsics (el rotor)
El rotor constitueix el sistema induït. Bàsicament és format per un eix, suportat per coixinets, i un paquet cilíndric de xapa magnètica, amb ranures longitudinals per allotjar-hi els conductors del bobinatge induït. D’acord amb el tipus de bobinatge, poden ser de gàbia d’esquirol o bobinats. 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.

20 Motor d’inducció. Principi de funcionament
Si disposem d’un imant permanent i entre els seus pols hi col·loquem una espira rectangular de coure que pot girar sobre el seu eix, en fer girar l’imant l’espira també es posa a girar, i tracta de seguir-lo. En girar l’imant i amb ell el camp magnètic, l’espira queda sotmesa a una variació de flux que crea una FEM i com a conseqüència un corrent induït, ja que l’espira és en curtcircuit. Per l’acció del camp sobre el corrent es genera un parell de forces que fa girar l’espira. D’acord amb la llei de Lenz, el corrent induït s’oposa a la causa que el provoca; per tant, l’espira girarà en el mateix sentit que l’imant. L’espira gira a una velocitat inferior a la de l’imant, ja que si girés a la mateixa velocitat no estaria sotmesa a una variació de flux i no s’engendraria una FEM induïda.

21 Creació d’un camp magnètic giratori
El camp magnètic giratori s’aconsegueix alimentant tres bobines equidistants amb tres corrents alterns desfasats 120°, és a dir, un CA trifàsic. 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.

22 Corba característica d’un motor d’inducció
Qualsevol augment de càrrega que impliqui un parell motor superior a ΓK fa que el motor s’aturi. La intensitat en engegar el motor és molt superior a la In.

23 Arrencada directa d’un motor trifàsic.

24 Arrencada directa

25 Circuit inversor de gir d’un motor trifàsic

26 Circuit arrencada estrella – triangle

27 Motors de corrent altern monofàsics
Els motors monofàsics són motors de poca potència, d’aplicació és el sector dels electrodomèstics i el de les màquines eina portàtils. Els més utilitzats són: el motor d’inducció amb bobinatge auxiliar el motor universal.

28 Motor d’inducció amb bobinatge auxiliar
Són molt semblants als motors d’inducció trifàsic, però tenen un única bobina a l’estator,alimentada per un CA monofàsic. En comptes d’un camp magnètic giratori, es crea un camp magnètic alternatiu d’amplitud variable. Per aquest motiu no es genera parell d’arrencada entre el rotor i l’estator i el motor no pot començar a girar per si sol. Però si impulsem el rotor manualment aquest començarà a girar. A la pràctica s’afegeix un bobinat auxiliar, desfasdat del principal, que només treballa en el moment de l’arrencada, produint un camp giratori i donat al motor el parell necessari per començar a girar.

29 Motor universal 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. Es tracta d’un motor de CC amb excitació en sèrie amb l’estator construït amb xapa laminada, per reduir les pèrdues magnètiques. La característica parell-velocitat del motor universal és igual que la del motor de CC en sèrie, per la qual cosa no és adequat per operar a velocitat constant, però són màquines de dimensions petites i ofereixen un parell motor més alt que qualsevol altre motor monofàsic. Aquest tipus de motor el trobem a les aspiradores, als trepants portàtils i a altres eines portàtils.

30 Motor pas a pas Els motors pas a pas es un tipus de motor síncron dissenyat per girar un nombre determinat de graus α, anomenat pas, cada vegada que s’aplica un impuls elèctric adequat a les bobines de l’estator. Formats per una part fixa, l’estator, constituït per bobines que excitades adequadament crearan un camp magnètic giratori, i una part mòbil, el rotor, que és un imant permanent que seguirà el camp giratori de l’estator. Aquest pas pot variar des de 90º fins a tan sols 0,72º. En el primer cas, només es necessitarien 4 passos perquè el rotor fes una volta completa, i en canvi 500 passos en el segon. S’alimenten per mitjà d’una font de CC i un circuit electrònic, que és el que controla els impulsos i el sentit del corrent a les bobines de l’estator Funcionament motor pas a pas

31 Transformador Constitució del transformador
El transformador és una màquina estàtica que permet variar el voltatge i la intensitat del corrent altern, mantenint-ne la freqüència. Constitució del transformador Els transformadors són constituïts bàsicament per un circuit magnètic i pels enrotllaments primari i secundari. El circuit magnètic 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. Els enrotllaments es fan amb fils i platines de coure, d’acord amb la intensitat que han de suportar.

32 Transformador. Principi de funcionament
En connectar el primari a una xarxa de CA, s’estableix un flux variable en el circuit magnètic, que indueix una FEM εp en el primari i una FEM εs en el secundari de manera que el primari es comporta com un receptor, ja que rep l’energia de la xarxa elèctrica i el secundari com un generador, ja que alimenta el circuit d’utilització. La relació que hi ha entre el nombre d’espires de l’enrotllament primari Np i les del secundari Ns s’anomena relació de transformació rt

33 El transformador ideal
Funcionament en buit Funcionament en càrrega La potència que absorbeix el primari de la xarxa P1 coincidirà amb la potència subministrada pel secundari a la càrrega P2.

34 Transformador real S’han de tenir en compte les resistències òhmiques dels enrotllaments, Rp i Rs. Hi ha flux dispers al primari i al secundari. En el circuit magnètic hi ha pèrdues per histèresi i per corrents de Foucault. Malgrat això, com que el transformador és una màquina de rendiment elevat, s’accepta que: El rendiment d’un transformador valdrà: Com que no té pèrdues mecàniques, perquè és una màquina estàtica, el rendiment del transformador és molt elevat.

35 Exemple 11

36 Exemple 12