1. MÀQUINES ELÈCTRIQUES
Tecnologia Industrial
2n Batxillerat
davidctecno

2. Màquines elèctriques : Classificació
Màquina elèctrica: conjunt de mecanismes i dispositius capaços de produir,
transformar o aprofitar l’ energia elèctrica
•Generador:
Màquina elèctrica que transforma l’ energia mecànica en energia elèctrica
•Motor:
Màquina elèctrica que transforma l’ energia elèctrica en mecànica de rotació
•Transformador:
Màquina elèctrica que varia les característiques de l’energia elèctrica per tal de
facilitar-ne el transport i utilització

3. Màquines elèctriques : Classificació

4. Màquines elèctriques : Anàlisi
•Funcionament mecànic:
Màquines rotatives : motors, generadors
Màquines estàtiques: transformadors
•Constitució electromagnètica:
Circuit magnètic: : nucli ferromagnètic
Circuit elèctric: inductor i l’induït

5. Màquines elèctriques : pèrdues d’ energia
Les pèrdues d’ energia de les màquines elèctriques són relativament petites
comparades amb les de les màquines tèrmiques. S’obtenen rendiments
elevats del 90% i superiors
Fregament peces / efectes
ventilació, refrigeració
Efecte Joule
cicles d´histèresi /corrents paràsits de Focault

6. Màquines elèctriques : potències
Potència: treball desenvolupat per unitat de temps (W: Watts)
 Potència absorbida o consumida ( P abs ):
Potència subministrada a la màquina per al seu funcionament
 Potència perduda ( P p):
Potència provocada per les pèrdues d’ energia
 Potència útil ( P u):
Potència proporcionada per la màquina
 Potència nominal:
Màxima potència útil que pot proporcionar la màquina de manera permanent
sense que es sobreescalfi o deteriori. Determinada pel fabricant.Quan una
màquina treballa a a potència nomimal funciona en règim nominal i treballa a
plena càrrega (PC)

7. Màquines elèctriques : potències
Màquina P abs Pp Pu
Màquina Magnètiques
Generador motriu que el Elèctriques Xarxa elèctrica
fa girar Mecàniques
Motor Xarxa Magnètiques Eix de rotació
elèctrica Elèctriques
Mecàniques
Transformador Xarxa Magnètiques Xarxa elèctrica
elèctrica Elèctriques

8. 1.Generadors elèctrics
Transformen l’ energia mecànica que reben de l’ eix del motor en energia
elèctrica que subministren a la xarxa per mitjà dels seus borns
 Dinamos : generadors de C.C.
 Alternadors: generadors de C.A.

9. 1.Generadors elèctrics

10. 1.1 Dinamos : constitució
 Estator (Inductor) :
estructura fixe que conté el sistema inductor destinat a produir el camp magnètic
 Rotor (Induït) :
part giratòria de la màquina que conté el sistema induït destinat a generar la FEM
Entreferro :
espai que queda entre Estator i Rotor

11. 1.1 Dinamos : constitució
 Estator : conjunt d’ elements que constitueixen l’ estructura on es
sustenten els diferents òrgans de la màquina que conté el sistema inductor
destinat a produïr el camp magnètic
Pols inductors : electroimants
que reparteixen uniformement
el camp magnètic (nº parell)
Bobinatge: bobines de Cu o
Al recobertes de vernís aïllant
elèctric que exciten els pols
Culata: carcassa de material
ferromagnètic que tanca el
circuit i subjecta els pols

12. 1.1 Dinamos : constitució
 Rotor : part giratòria solidària a l’ eix de la màquina que conté el sistema
induït destinat a generar la FEM induïda.
Nucli de l´induït: cilindre amb ranures on es col.loquen les espires enrotllades
Bobinatge: paquets d’ espires i/o bobines de fil conductor de Cu distribuïdes
unides al circuit exterior per mitjà de col.lectors i escombretes

13. 1.1Dinamos : constitució
 Rotor : part giratòria solidària a l’ eix de la màquina que conté el sistema
induït destinat a generar la FEM induïda.
Col.lector: cilindre solidari a l’ eix de rotació format per lamel.les on es
connecten el final d’ una bobina i el principi de la consecutiva
Escombretes: peces metàl.liques encarregades que transformen el corrent
induït en C.C. (dinamo) o C.A. (alternador)

14. 1.1 Dinamos : FEM
Np
ε = K •Φ•n on K=
60a
Ф Flux creat per cada pol de l’ inductor (Wb)
N Nombre de conductors actius de l’ enrotllament induït (2 per espira)
n Freqüència de rotació del rotor (min-1)
p Nombre de parell de pols de l’ inductor
a Nombre de parells de branques en paral.lel del circuit induït
La FEM induïda d’ una dinamo depèn de les característiques de
construcció (K) i és d.p. al flux que crea l’ inductor (estator) i a la
velocitat de gir del rotor.

15. 1.1 Dinamos : FEM
Np
K=
ε = K •Φ•n on
60a
N nombre de parell de pols de l’ inductor

16. 1.1 Dinamos : FEM
Np
K=
ε = K •Φ•n on
60a
p Nombre de conductors actius de l’ enrotllament induït (2 per espira)

17. 1.1 Dinamos : FEM
Np
K=
ε = K •Φ•n on
60a
a nombre de parells de branques en paral.lel de branques del circuit

18. 1.2 Alternadors : constitució
 Estator (Induït) :
estructura fixe que conté al seu interior el sistema induït destinat a generar la FEM
 Rotor (Inductor) :
part giratòria de la màquina que conté el sistema inductor destinat a crear el camp
magnètic
Entreferro :
espai que queda entre Estator i Rotor

19. 1.2 Alternadors vs dinamos

20. 1.2 Alternadors vs dinamos

21. 1.2 Alternadors : FEM
Són màquines de CA síncrones que giren amb una velocitat de sincronisme
relacionada amb el nombre de pols que té la màquina i la freqüència de la FEM
induïda
60 f
ns =
p
ns freqüència de rotació del rotor (min-1)
p nombre de parells de pols de l’ inductor
f freqüència de la FEM (Hz)

22. 1.2 Alternadors : FEM
Els alternadors industrials són generalment trifàsics
εf = K • 4,44 • Ns • f • Φ
K Coeficient que depèn de les característiques de construció de l’ induït
Ns Nombre d’ espires sèrie per fase
f Freqüència de la FEM induïda (Hz)
Ф Flux creat per cada pol de l’ inductor (Wb)
La FEM eficaç induïda en el buit en cada fase per un alternador
depèn de les característiques de construcció (K , Ns ) i és d.p. al flux
que crea l’ inductor (estator) i a la freqüència.

23. 1.2 Alternadors : connexions
Els alternadors industrials són generalment trifàsics

24. 1.2 Alternadors : connexions
Els alternadors industrials són generalment trifàsics
Magnitud Connexió Connexió
Y ∆
Intensitats
IF = IL IL = 3· IF
Tensions
VL = 3 · VF VF = VL
On VL : Tensió en borns de l’ alternador
Potència aparent S T = 3 · VL · I L

25. 2.Motors elèctrics
Transformen l’ energia elèctrica que reben a través dels seus borns en
energia mecànica que subministren a través de l’ eix del motor
 Motors de C.C.
 Motors de C.A.

26. 2 Motors elèctrics: constitució
 Estator (Inductor) :
estructura fixe que conté el sistema inductor destinat a produir el camp magnètic
 Rotor (Induït) :
part giratòria de la màquina que conté el sistema induït destinat a generar la FEM
Entreferro :
espai que queda entre Estator i Rotor

27. 2.1 Motors CC
Transformen l’ energia elèctrica que reben a través dels seus borns, en
forma de CC, en energia mecànica que subministren a través de l’ eix del
motor

28. 2.1 Motors CC

29. 2.1 Motors CC

30. 2.1 Motors CC: força contramotriu
•FCEM : ε '= K • Φ • n K=
Np
60a
Ф Flux creat per cada pol de l’ inductor (Wb)
N Nombre de conductors actius de l’ enrotllament induït (2 per espira)
n Freqüència de rotació del rotor (min-1)
p Nombre de parell de pols de l’ inductor
a Nombre de parells de branques en paral.lel del circuit induït
La FCEM induïda d’ un motor CC depèn de les característiques de
construcció (K) i és d.p. al flux que crea l’ inductor (estator) i a la
velocitat de gir del rotor. Presenta sentit contrari a la tensió VL del
motor .Es mesura en Volts (V).

31. 2.1 Motors CC : parell motor
El seu principi de funcionament es
fonamenta en la reversibilitat del
fenomen d’inducció
Un conductor situat en un camp
magnètic és sotmés a la següent
força:
F = B·l·I
Es creen forces i parells que fan girar el rotor

32. 2.1 Motors CC: parell motor
•Parell motor nominal: Γ = K • Φ • Ii
K Constant que depèn de les característiques de la màquina
Ф Flux de cada pol (Wb)
Ii Corrent indüït (A)

33. 2.1 Motors CC : intensitats
Corrent d'alimentació I rotor o induït
Corrent d'excitació Ie estator o inductor
Inductor Induït inductor induït
Estator Rotor
Ie
I
Rt VL
ε'

34. 2.1 Motors CC : intensitats
•Intensitat del motor: VL − ε '− 2VCO
(intensitat induïda) IL = Rt
(intensitat de línia)
inductor induït
VL Tensió de línia (V) Ie
ε’ FCEM (V) I
2VCO Caiguda tensió col.lector-escombretes (V) = 2 V
Rt Resistència que oposa el motor (Ω) Rt VL
ε'

35. 2.1 Motors CC : intensitats
•Intensitat d’arrencada: VL − 2VCO
Ia = Rt
n =0 ε’ = 0
inductor induït
VL Tensió de línia (V) Ie
I
2VCO Caiguda tensió col.lector-escombretes (V) = 2 V
Rt Resistència que oposa el motor (Ω) Rt VL
ε‘ = 0
Perill de curtcircuit perquè Ia >> I !!!!

36. 2.1 Motors CC : intensitats
•Intensitat d’arrencada: VL − 2VCO
Ia = Rt + RRa
n =0 ε’ = 0
inductor induït
VL Tensió de línia (V) Ie
I
2VCO Caiguda tensió col.lector-escombretes (V) = 2 V
Rt Resistència que oposa el motor (Ω) Rt VL
S’ afegeix un reòstat d’ arrencada RRa
Rra
en sèrie amb l’ induït per reduïr Ia

37. 2.1 Motors CC: velocitat de gir
ε ' VL − Rt I − 2VCO VL
• Freqüència de rotació: n= = ≈
( min-1) Kφ Kφ KΦ
K Constant que depèn de les característiques de la màquina
Ф Flux de cada pol (Wb)
VL Tensió de línia (V)
Es diu que un motor és estable quan:
•En augmentar la velocitat respon amb una reducció del parell motor
que estableix l’ equilibri. En cas contrari el motor s’embalarà.
•En disminuir la velocitat respon amb un augment del parell motor que
estableix l’ equilibri. En cas contrari el motor anirà perdent força i
s’aturarà.

38. 2.1 Motors CC: potències ,rendiment
• Potència absorbida (W): Pabs = VL I
• Potència interna (W): Pi = ε ' I
2π ⋅n
• Potència útil (W): Pu = τ u ⋅ ω = τ u ⋅
60
• Potència perduda (W): Pp = Pabs − Pu
Pu Pu
• Rendiment motor : η = =
Pabs Pu + Pp

39. 2.2 Motors CA
Transformen l’ energia elèctrica que reben a través dels seus borns, en forma
de CA, en energia mecànica que subministren a través de l’ eix del motor

40. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució
 Estator (Inductor) :
estructura fixe que conté el sistema inductor destinat a produir el camp magnètic
giratori

41. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució
 Estator (Inductor) :
estructura fixe que conté el sistema inductor destinat a produir el camp magnètic
giratori
carcassa

42. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució
 Estator (Inductor) :
estructura fixe que conté el sistema inductor destinat a produir el camp magnètic
giratori
Nucli magnètic

43. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució
 Estator (Inductor) :
estructura fixe que conté el sistema inductor destinat a produir el camp magnètic
giratori
Bobinatge inductor

44. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució
 Estator (Inductor) :
estructura fixe que conté el sistema inductor destinat a produir el camp magnètic
giratori
Caixa de borns

45. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució
 Rotor (Induït) :
part giratòria de la màquina que conté el sistema induït destinat a generar la FEM
Eix

46. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució
 Rotor (Induït) :
part giratòria de la màquina que conté el sistema induït destinat a generar la FEM
Coixinet

47. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució
 Rotor (Induït) :
part giratòria de la màquina que conté el sistema induït destinat a generar la FEM
Rotor gàbia d’ esquirol
•Format per barres i
anells de Cu o Al
curtcircuitats.
•Econòmics
•Poc manteniment
•Fàcil muntatge

48. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució
 Rotor (Induït) :
part giratòria de la màquina que conté el sistema induït destinat a generar la FEM
Rotor gàbia d’ esquirol
•Format per barres i
anells de Cu o Al
curtcircuitats.
•Econòmics
•Poc manteniment
•Fàcil muntatge

49. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució
 Rotor (Induït) :
part giratòria de la màquina que conté el sistema induït destinat a generar la FEM
Rotor bobinat
•Bobinatge trifàsic de Cu
connectat en estrella
•Milloren engegada del motor
•Regulació de velocitat
•Voluminosos, cars
•Requereixen manteniment

50. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució
 Rotor (Induït) :
part giratòria de la màquina que conté el sistema induït destinat a generar la FEM
Rotor bobinat
•Bobinatge trifàsic de Cu
connectat en estrella
•Milloren engegada del motor
•Regulació de velocitat
•Voluminosos, cars
•Requereixen manteniment

51. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Constitució

52. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Funcionament
Les bobines trifàsiques desfasades 120º de l’ estator (inductor) produeixen un
camp magnètic giratori que gira a una certa velocitat que depèn de la freqüència
que indueixen una fem en el rotor (induït) que es posa a girar.

53. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Funcionament

54. 2.2 Motors CA
•Motors síncrons:
Es fonamenten en la reversibilitat de l’ alternador
60 f
ns =
Es caracteritzen perquè el seu rotor gira a la velocitat de sincronisme p
•Motors asíncrons = motors d’inducció
Es fonamenten en l’ acció que excerceix el camp magnètic de l’ estator
(inductor) sobre els corrents que indueix en el rotor (induït)
Es caracteritzen perquè el seu rotor gira a una velocitat inferior a la de n〈 ns
sincronisme

55. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Velocitat de sincronisme i lliscament
•Velocitat de sincronisme (min-1) : és la velocitat del camp giratori.
f f : freqüència de la xarxa d’ alimentació ( 50 Hz)
ns = p : nombre de pols de l’ estator que crea el camp (inductor)
p
•Velocitat de lliscament (min-1) : és la diferència entre la velocitat de
sincronisme i la velocitat del rotor
nr = ns − n
•lliscament relatiu : coeficient que expressa la velocitat relativa de lliscament
nr
s=
ns

56. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
potències
•Potència activa (W) :
és la potència absorbida de la xarxa elèctrica del motor que es cedeix a l’ eix
( potència útil Pu) i les pèrdues magnètiques,elèctriques i mecàniques
Pabs = 3 · VL ·I L ·cos ϕ
•Potència reactiva (VAr) :
és la potència que el motor absorbeix de la xarxa per crear el camp magnètic
Qabs = 3 · VL · I L ·sin ϕ
•Potència aparent (VA) :
S abs = Pabs + Qabs 2 2 S abs = 3 · VL · I L

57. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
rendiment / intensitat/ parell motor
•Rendiment : quocient entre potència útil i potència absorbida
Pu
η=
Pabs
•Intensitat (A) que el motor absorbeix de la xarxa :
Pabs Pu
I= = =
3 ⋅ VL ⋅ cos ϕ 3 ⋅ VL ⋅ cos ϕ ⋅η
•Parell motor (Nm) :
Pu Pu
Γ= =
ω 2 ⋅π ⋅ n
60

58. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
rendiment / intensitat/ parell motor
•Rendiment : quocient entre potència útil i potència absorbida
Pu
η=
Pabs
•Intensitat (A) que el motor absorbeix de la xarxa :
Pabs Pu
I= = =
3 ⋅ VL ⋅ cos ϕ 3 ⋅ VL ⋅ cos ϕ ⋅η
•Parell motor (Nm) :
Pu Pu
Γ= =
ω 2 ⋅π ⋅ n
60

59. 2.2 Motors CA d’ inducció trifàsics
Placa de característiques

60. 3.Transformadors
Màquines estàtiques que converteixen un CA d’ una certa tensió i corrent amb
altre CA amb una altra tensió i corrent diferent
 Transformadors elevadors : augmenten tensió, disminueixen intensitat
 Transformadors reductors: disminueixen tensió, augmenten intensitat

61. 3 Transformadors : constitució
 Nucli ferromagnètic :
estructura de xapa magnètica encarregada d’ acoblar el bobinatge
 Bobinatge :
enrotllaments de fils i platines de coure

62. 3 Transformadors : constitució
 Nucli ferromagnètic : estructura de xapa magnètica encarregada d’ acoblar el
bobinatge. Està format per xapes disposades en columnes i jous.

63. 3 Transformadors : constitució
 Bobinatge : enrotllaments de fils de Cu i Al envernissats per on passa el
corrent elèctric
Debanat simètric:
Cada bobina enrotllada
en una columna diferent

64. 3 Transformadors : constitució
 Bobinatge : enrotllaments de fils de Cu i Al envernissats per on passa el
corrent elèctric
Debanat concèntric:
Dos enrotllaments un
sobre de l’ altre, aïllats
entre ells

65. 3 Transformadors : constitució
 Bobinatge : enrotllaments de fils de Cu i Al envernissats per on passa el
corrent elèctric
Debanat alternat:
Dos bobines concèntriques
repartides en dos columnes

66. 3 Transformadors : constitució
 Bobinatge : enrotllaments de fils de Cu i Al envernissats per on passa el
corrent elèctric
Debanat cuirassat:
Nucli de tres columnes i les
bobines concèntriques a la
columna del mig

67. 3.Transformadors elèctrics

68. 3 Transformadors : funcionament
El seu funcionament es fonamenta en els fenòmens d’ inducció
electromagnètica. Està format per un circuit magnètic i dos elèctrics.
En connectar l’ enrotllament primari a una xarxa de CA s’ estableix un flux
variable que indueix una FEM εp en el primari i un ε s en el secundari.El primari
rep l’ energia i es comporta com un receptor i el secundari com un generador ja
que alimenta el circuit.
Np
rt =
Ns
rt : relació de transformació
N p : nº espires primari
N s : nº espires secundari

69. 3 Transformadors: ideal (buit)
εp = 4,44 ⋅ φmàx ⋅ f ⋅ Np εs = 4,44 ⋅ φmàx ⋅ f ⋅ Ns
εp Np
= = rt
ε s Ns

70. 3 Transformadors: ideal (càrrega)
ε p Vp I s N p
= = = = rt
ε s Vs I p N s