Descripció de la constitució, funcionament i classificació del principals motors de corrent altern.

1. MOTORS DE CORRENT ALTERNElectrotècniaGlòria García 2010-2011

2. Motors de CA classificacióVelocitat de gir del rotor:Síncrons: el rotor gira a la velocitat del camp. El rotor s’alimenta de cc.Asíncrons: el rotor gira més a poc a poc que el camp. I segons la seva fabricació poden ser:Rotor amb bobines en curtcircuit

3. Rotor en gàbia d’esquirolTipus de ca:MonofàsicsTrifàsicsPolifàsics2

4. Per què triar un determinat tipus de motor?.Els motors cc s'usen quan el valor del seu fàcil i precís control de velocitat justifica el seu alt cost i manteniment.Els motors síncrons es reserven principalment per a instal·lacions grans on la seva alta eficiència compensa els seus alts costos d’instal·lació. Tenen poca aplicació industrial.3

5. Per què triar un determinat tipus de motor?.Els motors asíncrons o d’inducció s’utilitzen ones tenen com a necessitats més importants la fiabilitat i el baix cost, per aquesta raó són els que s’utilitzen més industrialment (90%). 4

6. Motors síncronsEl corrent de l’inductor es subministrat des de l’exterior per una font de CC.L’inductor és el rotor.Baixa aplicació industrial.5

7. Constitució motors CA síncronsEstator:Carcassa exteriorCorona interior amb ranures tallades a on es situaran tantes bobines com fases. En els motors trifàsics les bobines estan desfasades 120º i estan connectades a les tres fases de CA.No hi ha connexió elèctrica entre les bobines de l’estator i rotor.6

8. Constitució motors CA síncronsRotor:Alimentació amb CC.Barres de Cu o Al formen un cilindre unides pels extrems per anells metàl·lics.Bobines inductores situades sobre les barres formant pol nord i sud alternativament.Anells de fregament metàl·lics: que envolten un extrem de l’eix i que estan aïllats entre ells. Cada bobina està connectada a un dels anells i aquests mitjançant les escombretes es connecten a l’exterior.7

9. Tipus de motors CA síncronsAlimentació DCPols sortints Anells de fregament Rotor bobinatTipus Pols SortintsEstator ranurat8

10. Tipus de motors CA síncronsAlimentació DCAnells de fregamentRotor bobinat tipus llis Estator ranurat9

11. Motor síncron10

12. Motor síncron trifàsic11

13. 12

14. Funcionament motor síncronEs necessita un CC pel bobinatge inductor del rotor i un CA pel bobinatge de l’estator o induït.Un sistema trifàsic de corrents circulant pels bobinats de l’estator, produeix un camp magnètic giratori que interactúa amb el camp magnètic del rotor produint un parell al eix de la màquina.13

15. Camps magnètics giratorisEls motors de ca estan basats en els camps magnètics giratoris.14

16. Camps magnètics giratorisPerquè el camp sigui giratori es necessiten dues condicions:Les bobines en l’estator han d’estar desplaçadas un angle (120º).Els camps sinusoïdals han d’estar desfasats en el temps (1/3 de període).15

17. Camps magnètics giratorisCada bobina crea un camp magnètic longitudinalment amb el seu eix però d’intensitat i sentit variable com el ca d’alimentació i es representa per un vector. En tot moment el camp magnètic resultat és la suma dels tres creats per a cada bobina. El vector resultat té una longitud fixa i gira a velocitat cte al voltant del seu origen. Si es permuten entre si dues de les fases es veu com el camp magnètic inverteix el seu sentit de gir.16

18. Camps magnètics giratoris17

19. Funcionament motor síncronLa circulació del cc pel rotor crea un camp magnètic Br i la seva direcció i sentit s’estableix seguint el regla del tirabuixó o mà dreta.En l’estator a on poden haver 2 o 3 bobines es crea un camp magnètic giratori. Degut a la seva alimentació ca sinusoïdal el camp magnètic té una direcció i valors instantanis que varian amb la mateixa freqüència.18

20. Funcionament motor síncron 19

21. 20

22. PUNT NOMINAL DE TREBALL:PARQuan es varia el valor de la càrrega la n es manté cte:Velocitat SincrònicaCorba dels motors síncrons=021

23. Què passa quan augmenta la càrrega si la ns és cte?:S’aplica a canvi un par torsor més gran.El rotor perd sincronisme perquè no segueix el camp giratori de l’estator, llisca, frena i comença a vibrar.El motor necessita més potència d’alimentació i ha de augmentar el cosφ i disminuir φ : P= 3·Vf·If·cosφEls motors síncrons es comporten com una batèria de condensadors ì per això es connecten en derivació a la xarxa en buit.22

24. Engegada dels motors síncronsNo poden engegar-se sols perquè el motor vibra molt i s’escalfa sense arribar a girar.Reduir la velocitat de gir del camp magnètic de l’estator: es varia la freqüència d’alimentació de les bobines de l’estator i es baixa el voltatge de les fases.Utilització d’un motor extern per accelerar el rotor fins que assoleixi la ns i es fa sempre en buit.23

25. Engegada dels motors síncronsUtilització de bobinatges esmorteïdors al rotor: connectades entre sí i no amb les bobines del rotor. Quan s’engega el motor es crea el camp magnètic giratori BS i alhora a les bobines esmorteïdes una є=Bs·l·v i la circulació d’aquesta crea un 2n camp magnètic BESM i la interacció dels dos camps creen un moment torsor i el rotor comença a girar. En el moment d’acceleració es fa passar CC per les bobines del rotor assolint-se la ns.Donen gran estabilitat al motor, si la ns disminueix s’accelera per l’aparició del BESM.24

26. Motor asíncròn trifàsicFunciona gràcies als fenòmens d’inducció electromagnètica.Són els més utilitzats industrialment:SencillsFàcil mantenimentMantenen bastant estable la n per diferents règims de càrrega.Bon parell d’engegadaLa seva n es regula mitjançant l’alimentació amb variadors electrònics de freqüència.25

27. Constitució: Estator del m. AsíncronXapes magnètiques ranurades a on es situen les bobines.Les tres bobines es desplacen 120º i es poden connectar en estrella o en triangle. Cada bobina es connectarà a una fase de corrent altern del sistema trifàsic d’alimentació.26

28. Constitució: Rotor del m. AsíncronBobinat:té bobines estan muntades sobre xapes ranurades formant pols que han de coincidir en el nombre amb els de l’estator. Els terminals de les bobines s’uneixen als anells de fregament que estan aïllats entre sí. Permet la connexió amb l’exterior mitjançant escombretes.27

29. Tipus de motors asíncronsRotor bobinat28

30. Constitució: Rotor del m. AsíncronGàbia d’esquirol: barres d’Al situades o fusionades sobre les ranures del rotor curtcircuitades pels seus extrems.No hi ha possibilitat de connexió amb l’exterior.29

31. Tipus de motors asíncronsRotor en Gàbia d’esquirol30

32. Motor asíncron Gàbia d’Esquirol31

33. Símil de funcionament m. Asíncron32Motor síncron: si fem girar un imant en forma U a ns alvoltant d’una agulla imantada aquesta girarà n=ns.Motor asíncron: si fem girar un imant a ns alvoltant d’una massa circular metàl·lica aquesta girarà n<ns.

34. Funcionament del m asíncronA l’estator es crea un camp magnètic giratori perquè es fa passar corrent altern per cada una de les tres bobines. Aquest camp talla els conductors del rotor i per inducció electromagnètic es genera una є, un corrent induït i per tant un nou camp magnètic. La interacció dels dos camps magnètics origina un par motor que fa que el motor giri en el mateix sentit que el camp magnètic de l’estator.33

35. Funcionament del m. asíncronLa velocitat del rotor mai pot assolir la velocitat del camp magnètic giratori. Si fos així, el moviment relatiu entre els dos s’anul·laria, el camp magnètic deixaria de ser variable, no s’induiria una fem al rotor i per tant no existiria par motor.La velocitat del rotor és asíncrona i sempre més baixa que la del camp giratori.34

36. Velocitat asíncrona del rotor35Camp magnètic giratori (Ns)Marca de referència en el rotor (Nr)

37. 36Generació de camp magnètic giratori

38. Funcionament del m. asíncron37

39. 38

40. 39nrev/minute, radians/segonVelocitat de lliscament (nllisc):Quina és la velocitat del motor asíncron?Lliscament (S): diferència entre la ns i la velocitat de gir (n).

41. Lliscaments motors asíncronsPer una freqüència de 50 Hz:40

42. 41

43. Corba d’un motor asíncron trifàsic42Engegada: n=0, Iabs=6-8 In i el M=1,5 MN. Permet engegar amb càrregues molt grans.

44. Acceleració: I es va reduïnt, el M disminueix al principi i després torna a augmentar fins arribar al Mmax quan la n de gir és 75% la nni s també disminueix.

45. Velocitat nominal de sincronisme: la intensitat com el parell són molt petits.Corba par-velocitat amb càrregaLa nn s’assoleix quan el par resistent=par motor. El motor és estable i apartir d’aquest punt es descriu una zona lineal de treball del motor. Si creix la n disminueix el M. Una petita disminució de la n incrementa molt el M.43

46. Connexió dels motors asíncrons 44Connexió estrellaConnexió triangle

47. Tensions d’un motor trifàsicQuan observem la placa de característiques d’un motor trifàsic apareixen 2 tensions 230/400VLa menor és la de TRIANGLE La gran és la d’ESTRELLA45

48. Engegada dels motors asíncronsQuan es connecta directament el motor a la xarxa absorbeix una I tan gran que pot afectar a la duració dels aparells de connexió i de les línies d’alimentació.Les companyies d’energia prescriuen reglaments per reduir els corrents d’engegada a uns valors acceptables.L’engegada directa està permesa a motors petits amb potència inferior a 5,5 kW.46

49. Engegada directa47

50. Sistemes d’engegada reduïnt el VReducció de la tensió d’alimentació del motor: també es disminueix el par d’engegada perquè al disminuir el V, el fluxe de l’estator disminueix al igual que la f.e.m induïda i la I rotòrica. El M disminueix amb el quadrat de la tensió.48

51. Sistemes per reduir el voltatge d’alimentacióEngegada estrella-triangle.Engegada amb resistències estatòriques.Engegada amb resistències rotòriques.Engegada per autotransformador.49

52. Engegada estrella-triangleÉs el mètode més econòmic i més utilitzat.Poden engegar motors fins 11 kW.Consisteix en connectar inicialment en estrella i una vegada el motor engega commuta a triangle.Quan es connecta en estrella, cada bobina del motor està sotmesa a una tensió 3 inferior que si estigués en triangle. La I i el M en l’engegada quedan reduïts 1/3 respecte la connexió directe en triangle.Degut a la reducció del parell en l’engegada en estrella el motor haurà d’engegar en buit o amb poca càrrega. 50

53. Engegada estrella-triangle51

54. Engegada estrella-triangle52

55. Engegada per resistències estatòriquesConsisteix en reduir la tensió que produeixen unes resistències connectades en sèrie amb l’estator.Inconvenient: la I disminueix d’una forma lineal amb la caida de tensió, en canvi el M disminueix amb el quadrat de la caiguda de tensió. Per tant s’aplica en motors a on el M d’engegada resistent es baix.En general es fa servir poc, en cas d’urgència.53

56. Engegada per resistències estatòriques54

57. Engegada per resistències estatòriques55

58. Engegada per resistències estatòriques56

59. Engegada per resistències rotòriquesNomés és vàlid en motors amb rotor bobinat i anells de fregament.57

60. Engegada per autotransformadorConsisteix en connectar un autotransformador en l’alimentació del motor.Es consegueix disminuir la tensió i el corrent d’engegada. L’estator es connecta amb un 60-70% de tensió de línea.L’I i el M queden reduïts segons el quadrat de la tensió reduïda.Dóna bones característiques d’engegada però té l’inconvenient de que és un mètode molt car.58

61. Engegada per autotransformador59

62. Variació de la velocitatEs pot variar la n actuant sobre alguna de les variables de les que depèn:60

63. Potència en el motor asíncron61

64. Potència en el motor asíncron62

65. Potència en el motor asíncron63

66. Rendiment del rotorEl rendiment del rotor (r) depèn del lliscament per això quan més petit sigui més gran serà el rendiment.Les pèrdues mecàniques i magnètiques es determinen en buit.64

67. Motors amb rotor en gàbia d’esquirolConstrucció senzilla i robusta. Econòmics i fàcil manteniment.Elevat parell d’engegament 2-3 Mnen engegament directa. Es poden engegar a plena càrrega.Mmax és superior al Meng, permet puntes de càrrega.La n amb la càrrega disminueix molt lentament i es manté cte.Es regula la velocitat en un marge considerable variant la freqüència.A l’engegament absorbeixen I=5-8In, per això es posen en marxa directament motors de poca potència. Motors de mitjana o elevada potència s’ha de reduir l’Ieng.Bon rendiment i bon cosφ~0,8.Es poden connectar a dos voltatges 400-240V.65

68. Motors amb rotor bobinatSón més voluminosos i cars. Necessiten d’un millor manteniment. Hi ham monofàsics i trif.Milloren les característiques d’engegada: gran par i I més baixa. Tenen una engegada progressiva per màquines de gran potència. No es poden engegar sols si són trifàsics.El nº de pols de l’estator ha de ser igual al nº del rotor per millorar l’engegada.Es pot regular la velocitat amb més facilitat mitjançant les resistències rotòriques.66

69. Motor universalMotor monofàsic en sèrieEs pot alimentar amb CC o CA. Generalment s’alimenten amb CA monofàsica.La seva estructura és similar a la d’un motor de CC en sèrie. Les bobines de l’estator i del rotor es connecten en sèrie. L’estator format per xapes magnètiques.El par d’engegada és 2 -3 el par nominal. Es poden engegar amb plena càrrega.La velocitat canvia segons la càrrega. Quan augmenta el par disminueix la velocitat.67

70. Motor universalMotor monofàsic en sèrieNn entre 3000-8000 rpm. No són adeqüats per treballar amb velocitats constants.Per variar la n necessitem variar el V d’alimentació i es fa amb un reòstat.El canvi de gir es controlable intercanviant una fase en l’estator o en el rotor.Són de petit tamany.Aplicacions molt variades: electrodomèstics com aspiradores, trepants portàtils…68

71. Motor universal69

72. Motor pas a pasMotor síncron dissenyat per girar un nombre determinat de graus d’acord amb el nombre de pulsacions elèctriques que s’apliquin per minut.Llarga vida, velocitat de resposta elevada.Posicionament precís.Freqüència de treball variable.Funcionament sincrònic bidireccional.No té escombretes.70

73. Aplicacions:Taxímetres.Impresores.Plotters.Braços i Robots.Rellotges elèctrics.Posicionament de vàlvules en controls industrials.71Motor pas a pasN = α · fpas / 360º

74. Motor pas a pas72

75. Contactor electromagnèticÉs un dispositiu de maniobra (electroimant) que permet obrir contactes mitjançant el pas de corrent per una bobina i s’utilitza per controlar receptors a distància com poden ser els motors.Pot operar a I altes 6-12In.Té una ràpida resposta i poca inèrcia mecànica.Indespensables en automatització i combinat amb reés s’utilitzen per protecció de càrregues (motors).73

76. Parts del contactorContactes principals: 1-2, 3-4, 5-6Tenen per finalitat obrir o tancar el circuit de força o potència.Contactes auxiliars: 13-14 (NO)S’utilitzen en el circuit de comandament o maniobres. Suporten Intensitats més baixes.Circuit electromagnètic:El nucli: en forma de’E i és la part fixa, concentra el Ф.La bobina: A1-A2.L'armadura: Part mòbil74ContactesPrincipalsContacte auxiliar NOBobina

77. Marcat dels borns75Bobina: es marca amb A1 i A2.

78. Contactes auxiliars: