Descripció del funcionament i estructura dels diferents tipus de motors de corrent continu.

1. MOTORS DE
CORRENT
CONTINU
Electrotècnia
Glòria García 2014

2. MÀQUINES ELÈCTRIQUES
 Genereren o transformen la energia elèctrica
en una altre tipus d’energia o/i viceversa, o
bé, en energia elèctrica amb altres
característiques.
 Són el resultat de l’aplicació dels principis
electromagnètics (Llei de Faraday, Lenz…)
 Tenen un circuit magnètic i circuits elèctrics.

3. CLASSIFICACIÓ
 Transformadors: conserven la forma d’energia
però canvien les seves característiques.
Transformen el voltatge o la intensitat del ca.
 Motors: energia elèctrica energia mecànica.
 Motors de cc. (imant permanent, Sèrie,
Derivació, Compound)
 Motores de ca. (Monofàsics, trifàsics)
(Síncrons i asíncrons)
 Generadors: energia mecànica e. elèctrica
 Generadors cc o dinamos.
 Generadors ca. (alternadors)

4. CLASSIFICACIÓ
Des d’una visió mecànica, las màquines
elèctriques es classifiquen en:
 Rotatives: Generadors i Motors
 Estàtiques: Transformadors

5. TRANSFORMADORS
 Són màquines elèctriques estàtiques que
augmenten o disminueixen el voltatge d’un circuit
sense pèrdua aparent de potència.
 Aplicació: transport i utilització d’e elèctrica, forma
part de les fonts d’alimentació d’electrodomèstics.
 El seu funcionament es basa en el principi
d’inducció electromagnètic i consten de dues
bobines (primària i secundària) debanades sobre
un nucli de ferro.
 Hi han monofàsics i trifàsics.

6. TRANSFORMADOR
6

7. GENERADORS
7
DINAMO
ALTERNADOR

8. Corrent sinusoïdal generador
+E
-E
x
.
La fem varia sinusoïdalment amb fem màx i mín
x
.

9. MOTORS
9

10. 10

11. Classificació dels motors
 Segons la font de tensió d’alimentació del motor, es
poden classificar els motors en:
– Motors de corrent continu (CC): induït i
inductor CC
– Motors de corrent altern (CA):
 Síncrones: induït CA i inductor CC
 D’inducció: induït i inductor CA
11

12. Flux magnètic ():
– És el nombre de línies de força que té un camp magnètic.
B: densitat o inducció magnètica (T)
: flux magnètic (Wb)
S: superficie (m2)
•Unitat: En el Sistema Internacional,
Weber (Wb). 1 Wb = 1 T·m2

13. Inducció o densitat de flux magnètic
(B):
– És la quantitat de línies de força del camp
magnètic que travessen perpendicularment
la unitat de superfície.
B= /S
– Unitat: Tesla (T) 1 T=1 Wb/1m2

14. 14
Experiències de Faraday
G
N S
Generació de la força electromotriu induïda
(Fem)

15. Llei de Faraday i llei de Lenz
15
-N


t
E=

16. 16
Llei de Faraday-Lenz: obtenció de
fem induïda
ΔΦ
ε
Δt
 
Faraday
Lenz

17. 17
G
Llei Lenz
+
–
B

18. Principi de funcionament dels motors
 Quan un conductor es col·loca perpendicular a un camp
magnètic, experimenta una força:
F = I·L·B (Llei de Laplace)
 Aquesta força és perpendicular al camp magnètic i al
conductor i el seu sentit segueix el regle de la mà
esquerra.
 Si el conductor és perpendicular al camp la força és
màxima i si es paral·lel no apareix.
F = I·L·B·sinφ
Regla de la mà esquerra (Biot-Savart)
18

19. Principi de funcionament dels motors
 Si es col · loca una espira en un
camp magnètic i es fa passar una
intensitat de corrent a través d'ella,
el camp exerceix una força sobre
els costats de l'espira, i aquestes
forces exerceixen un moment de
forces. L'espira començarà a rotar,
per la qual cosa s'haurà
transformat energia elèctrica en
energia mecànica.
19

20. Principi de funcionament dels motors
 Els costats AB i CD són
perpendiculars al camp i en
ells apareixen forces iguals i
de sentit oposat:
FA=I·a·B·sinφ
 Els costats CB i DA formen
un angle β amb el camp i es
generen forces de igual
mòdul i sentit oposats:
FB=I·b·B·sin β
20

21. Principi de funcionament dels motors
 El par de F1 originen un
moment o par:
M=F·r·sinφ =
F1·b/2+F1·b/2=I·a·b·B·sinφ=I·S
·B·sin φ
 El moment fa que l’espira
giri fins situar-se
perpendicularment al camp.
El valor màxim del moment
s’obté per φ igual a 90º.
21

22. Força contraelectromotriu (fcem)
 En els motors quan el rotor comença a girar
es genera una nova força electromotriu
ïnduida que s’oposa a la força electromotriu
que s’aporta per generar les forces que
provoquen el par de gir.
 La fcem té sentit contrari a la fem degut a la
llei de Lenz.
22

23. Constitució general dels motors
 Mecànicament: Rotor
Estator
 Circuit magnètic: Nuclis i entreferro
 Circuit elèctric: Inductor (produeix el camp
magnètic)
Induït (s’indueix una fcem i
23 produeix un parell)

24. Constitució
Inductor: És la part fixa
del motor i és a on es
crea el camp
magnètic. Pot ser creat
per una bobina o per
un imant permanent.
Induït: és a on es crea el
par de forces i per tant
la part giratòria o rotor.
En el es troben:
 Col·lector de delges
24  Bobines del rotor.

25. Estructura de l’estator
 Carcassa o culata: condueix el flux magnètic
cap l’interior.
 Pols sortints: cargolats a la carcassa, poden
ser d’una peça o laminats. Nucli polar +
expansió polar.
 Pols auxiliars de commutació: són més petits
i tenen alvoltant bobines que es connecten en
sèrie amb les bobines de l’induït.
 Bobines inductores: s’enrotllen alvoltant dels
pols, són alimentades amb CC i creen el camp
25 magnètic inductor

26. ESTATOR
26

27. Estructura del rotor
 Nucli o armadura: cilindre format per làmines metàl·liques
i aillades. Superficialment els discos es tallen ranures a
s’enrotllen les bobines.
 Bobines de l’induït i entreferro
 Col·lector de delgues o commutador: permet connectar
l’induït amb l’exterior. Format per làmines de coure
muntades sobre l’eix i separades amb material aillant. Gira
a la mateixa velocitat que l’eix. Cada delga està connectada
a les bobines de l’induït. Sistema de commutació.
 Escombretes: muntades sobre el portaescombretes són
27 peces de carbó per a on entra i surt el corrent elèctric.

28. Rotor
28

29. Components del motor de cc
29

30. MOTOR DE CC
INDUÏT
INDUCTOR
ESCOMBRETES
COL·LECTOR
30

31. Funcionament del motor de cc
Es basa en passar un CC perquè es generi un camp
alvoltant de l’espira. Si l’espira s’introdueix entre els pols
d’un imant, es crearan forces d’atracció i repulsió entre els
dos camps magnètics. Perquè l’ espira giri constantment
s’introdueix un anell o col·lector,dividid en dues meitats
sobre les que es fregen dues escombretes (per on
s’intrudeix el corrent). De forma que cada vegada que la
espira dóna mitja volta, canvia el signe del corrent que
circularà per ella canviant els pols del camp magnètic
generat per ella i obligant-la a reorientar-se dintre del
camp magnètic creat per l’imant.
31

32. Funcionamient del motor de cc
En arribar corrent a la bobina corresponent a
través del col·lector de delgues en
aquesta es genera el parell de forces que farà
girar al rotor.
Quan el parell generat sigui mínim es canviarà
de delga en el col·lector i s'alimentarà
altra bobina del rotor i serà aquesta la que
produeixi el nou parell que faci girar el rotor.
Les bobines que s'alimenten en cada
instant estan col·locades i alimentades
estratègicament per produir el màxim parell.
32

33. Paràmetres dels motors
 El fet que un conductor es
mogui per l’interior d’un
camp magnètic provoca en
ell una fem induïda que, en
el cas dels motors, és un
voltatge que s’oposa al
corrent que se li dóna. Per
això se li diu força
contraelectromotriu o
f.c.e.m.
33
f.c.e.m= K··n
I·Rrotor+I·Rescombretes=V- f.c.e.m

34. Magnituts fonamentals dels motors
de cc
 PAR:
– P: parells de pols
– A: ranures en paral·lel
– N:.nº total de conductors
– Ii: corrent induït
 F.c.e.m.
– N: Velocitat de gir rpm
 VELOCITAT DE GIR:
P
1
M  · ·
· 
·
 M  k··Ii
fcem · ·
n
N
P
 · 
a
60



'
·
N K
34
Ii
N
a
60
2·
fcem k··n

35. Magnituts fonamentals dels motors
de cc
 REGULACIÓ DE VELOCITAT:
– N0: velocitat en el buit (r.p.m)
– NPC: velocitat a plena càrrega (r.p.m)
N N
·100(%) 0
PC
PC
N
SR


35

36. Règim de funcionament com motor
Apliquem una tensió U
Apareix I en els
Conductors de l’induït
Es crea camp magnètic
Apareix el par
Que produeix el gir
Apareix una fcem
La I disminueix fins
obtenir l’equilibri
36

37. Balanç de potències
Pab
Pcue
Pcui
Pfe
Pm
Pu
 Pab: Potència absorbida
Pab=U·I
 Pcue: Pèrdues en coure de l’
inductor en forma de calor
Pcue=Rexc Iexc2
 Pcui: Pèrdues en coure de l’
induït en forma de calor
Pcui=Ri Ii2
 Pfe: Pèrdues en el ferro o
magnètiques
 Pm: Pèrdues mecàniques
 Pu: Potència útil
37

38. Balanç de potències
 Potència absorbida:
Pab=Pcui+Pcue+Pfe+Pm+Pu
 Rendiment de la màquina:
Ŋ =Pu/Pab x100
 Potència elèctrica interna (electromagnètica):
Pei=Pab-(Pcui+Pcue)
Pei=fcem·Ii ; Pei=E´·Ii
 Potència útil:
Pu=Pei-(Pfe+Pm)
Si suposem que les pèrdues en el ferro i les pèrdues
mecàniques nul·les: Pfe+Pm=0
llavors Pu=Pei i per tant:
Ŋ =E´/U x100
38

39. Classificació motors de CC:
• Imant permanent
• Sèrie
• Derivació
• Compound: curt i llarg
39

40. Motor cc imant permanent
U fcem
ri
It Ii

 
40

41. Motor cc excitació independent
Ue
rexc
Iexc 
U fcem
ri
Ii


41

42. Motor cc en derivació
U fcem
U
rexc
Ie
ri
Ii



U
rexc
It  Ii 
Iexc
U fcem
ri
It



42

43. Motor cc en derivació o shunt
43

44. Motor cc en Sèrie
U 
fcem
ri rexc
It Ii Iexc

  
44

45. Motors de cc compound curt
45

46. Motors de cc compound llarg
46

47. Corbes del motor CC excitació sèrie
El M és proporcional al I2 Dóna un elevat M en
l’engegada (engegada
cotxe)
Amb càrregues petites o en
buit perill d’embalar-se.
47

48. Corbes d’un motor sèrie
48

49. MOTOR CC EN SÈRIE
 Elevat moment de rotació en l’arrencada i la seva
velocitat varia molt amb la càrrega.
 La intensitat permesa en l’arrencada està entre 1,5-2,5
la IN.
 El motor en sèrie no ha de funcionar en buit, perquè al
ser molt petit el seu fluxe la velocitat s’incrementaria
molt i s’embalaria.
 La velocitat es regula variant la tensió d’alimentació.
 Aplicació: vehicles de tracció elèctrica com
locomotores també ascensors i grues.
49

50. Corbes del motor CC excitació paral·lel
Autoregulable V
disminueix i M
rotació augmenta
En buit no
s’embala V, IE i Ф cte
Μ=Ii
50

51. Corbes del motor CC excitació paral·lel
51

52. Corbes del motor CC excitació paral·lel
 S’utilitzen quan no es requereix un elevat parell a
baixes velocitats i no existirà perill d’embalament en
el cas de càrrega 0.
 Aplicació: Màquines eines.
 En l’engegada el parell motor és menor que en el
motor sèrie, però és major que el moment nominal.
 La velocitat varia molt poc amb la càrrega. És
fàcilment autoregulable.
 El par d’engegada, segons la I permesa, pot arrribar
a 2 vegades el nominal.
52

53. Motor CC excitació independent
53

54. Corves Motor compost
 Característiques
intermitges. M
d’engegada elevat
sense perill
d’embalament en el
buit.
54

55. Engegada dels motors de CC
 En l’engegada dels motors la velocitat és nul·la
i la f.c.e.m també és zero i per tant el valor de
la intensitat serà molt alt, aquest raonament
s’obté d’observar la fòrmula:
v 
fcem

arr r 
r
e i
I
 El REBT estableix el nombre de vegades que
la intensitat d’engegada dels motors pot
superar a la intensitat nominal.
55

56. Engegada dels motors de CC
 Segons el REBT la intensitat depèn de la
potència del motor:
Potència del motor Intensitat d’engegada
(Iarr)
0,75 kW-1,5 kW 2,5 · In
1,5 kW-5 kW 2 · In
> 5 Kw 1,5 · In
56

57. Engegada dels motors de CC
 Per reduir la I d’engegada (Iarr) es col·loca
una resistència variable en sèrie (reostat)
amb l’induït (Rarr):
v 
fcem

arr r  r 
r
e i arr
I
 A mesura que la fcem va augmentant es va
curtcircuitant la rarr. Quan la I assoleix el valor
nominal, el reostat s’haurà curtcircuitat per
complert.
57

58. Placa de borns d’un motor
 És una placa de material aïllant en què hi ha
diversos espàrrecs roscats, anomenats,
borns, als quals es connecten els extrems del
començament i del final de les bobines del
motor.
 La designació dels borns mitjançant lletres
està normalitzada.
58

59. Placa de borns d’un motor
59

60. Placa de característiques motor
 Placa metàl·lica
situada a la carcassa
del motor.
 Conté marcats els
principals valors
nominals del motor:
potència útil, règim
de gir, intensitat
absorbida…
60

61. El factor de servei d’un motor
 Especifica la capacitat del motor de funcionar en
condicions prolongades de sobrecàrrega. És un
factor pel que es multiplica la potència nominal per
conèixer la capacitat de sobrecàrrega que el motor
pot suportar sense excedir els límits d’elevació de T
establerts. Quan és 1.0 les condicions de
sobrecàrrega prolongades pot fer malbé l’aïllament i
que el motor funcioni incorrectament.
 Si el factor de servei és de 1.15 el motor pot treballar
amb un 15% de sobrecàrrega.
61

62. Classes de servei d’un motor
 S1: motors amb funcionament continu i amb
càrrega constant. Exemple: motor d’una
depuradora.
 S2: motors que funcionen només durant un
petit instant a la seva potència nominal i
després s’atura per refredar-se. Exemple:
motor de porta d’un garatge.
 S3, S4, S5, S6 i S8: el motor funciona de
forma intermitent. El temps d’aturada no és
62 suficient perquè es refredi a T ambient.

63. Canvi de sentit de gir
 El canvi es du a terme invertint el sentit del
corrent en les bobines induïdes, però no en les
inductores, perquè si també s’inverteix, el motor
no modifica el seu sentit de gir.
 El motor té dos borns que es connecten a la font
d’alimentació i segons la seva connexió girà en un
sentit o en un altre:
63

64. Control de la velocitat de gir
 La velocitat es controla en el punt d’equilibri de
funcionament es a dir quan el parell motor és
igual al parell resistent mitjançant reòstats:
– Reòstat en sèrie amb les bobines de l’induït
– Reòstat en sèrie o paral·lel amb les bobines de
l’inductor.
– Reòstat d’engegada que variarà el voltatge
d’alimentació. El més utilitzat perquè té menys pèrdues
de rendiment.
64