Diapositives UD05 'Màquines elèctriques' de Tecnologia Industrial de 2n de Batxillerat. Ll

1. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent continu (n)
Corbes característiques
El funcionament d'un motor de CC depèn de 5 variables
La freqüència de rotació (n)
El corrent d'excitació, Iex
La tensió en borns VL
El corrent induït Ii
El parell motor (Γ)
Recordem que Γ = K φ Ii
El flux, φ és proporcional a Iex
Això vol dir que només és funció de quatre variables

2. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent continu (n+1)
Corbes característiques (II)
També es pot escriure: F (VL, Ii, n, Γ)
De fet, VL es pot considerar constant
És la subministrada per la xarxa
Tindrem doncs, tres famílies de corbes
Característica de velocitat → n = f (I) amb Γ = constant
Característica de parell motor → Γ = f(I) amb n = constant
Característica mecànica → Γ = f(n) amb I = constant

3. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent continu (n+2)
Motor d'excitació independent
L'equació de l'induït és:
I la intensitat consumida pel
motor:
En el moment d'arrencar:

4. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent continu (n+3)
Motor d'excitació independent (II)
També tenim un reòstat
al circuit d'excitació
Regula velocitat motor
Recordem l'equació de n:

5. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent continu (n+4)
Motor d'excitació independent (III)
Considerem que el flux és ct
Només variem Ii, n per fer la corba
Veiem que si Ii augmenta, n disminueix
Conclusions de la corba
n varia poc encara que la càrrega
variï
També permet bona regulació de n
Amb circuit excitador
Aplicable a condicions de treball amb
canvis de càrrega freqüents

6. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent continu (n+5)
Motor en sèrie
En aquest cas les equacions són:
Ii=I (estem en sèrie)
Necessitem l'expressió del parell
Obtindrem relació n-I
Ja que el flux és proporcional
al corrent de l'induït. Ergo:

7. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent continu (n+6)
Motor en sèrie (II)
Aquesta expressió ens permet obtenir la corba
El parell és inversament proporcional
a n (Γ ho és envers I)
Si treballa a buit, la velocitat puja
Moltíssim
Es fan servir quan sempre hi ha càrrega
Tramvies, trens elèctrics...

8. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent continu (n+7)
Motor en derivació o shunt
Les equacions són iguals al d'excitació independent
En quant a les intensitats:

9. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent continu (n+8)
Motor en derivació o shunt
I la corba corresponent:
Aplicacions
Parell d'engegada no massa
llunyà del nominal
Estabilitat de funcionament
En buit o plena càrrega diferència 5-10%
Útil per màquines eina: canvi constant de càrrega

10. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent continu (n+9)
Motor compound
El camp magnètic resultant és la suma del sèrie i del shunt
Comportament que és barreja dels dos tipus ja estudiats
Comparats amb paral·lel:
Disminueixen n més ràpidament quan experimenten increment de càrrega
Comparats amb sèrie
No presenten perill d'acceleració
incontrolada en treballar en buit
n té un límit
Flux creat pel shunt

11. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent continu (n+10)
Motor compound (II)
Equacions aplicables
Les bàsiques del circuit:
N quant al parell tenim la suma
I la velocitat té l'equació que es presenta a continuació
Aquí veiem que n té un límit, ja que el denominador també el té
Aplicable: màquines de parell d'engegada elevat i càrrega variable
Compressors, laminadores

12. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern
Introducció
Reben CA als seus borns, la transformen en mecànica al seu eix.
Tenim:
Motors síncrons
Es fonamenten en la reversibilitat de l'alternador
El seu rotor gira a velocitat de sincronisme. ns = f/p [s-1]
Motors asíncrons
Fonamentats en l'acció del camp magnètic giratori a l'estator
Possible gràcies a les tres fases del corrent
Aquest camp indueix corrents al rotor
Giren a velocitat inferior a la de sincronisme

13. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (II)
Motors d'inducció trifàsics
Motor industrial per excel·lència
Construcció senzilla
Sense col·lector
Aguanta canvis de càrrega brusques mantenint n gairebé constant
Té les dues parts habituals: estator i rotor
Estator
Conté el sistema inductor
Carcassa: Fa de suport als diferents òrgans
Nucli magnètic. Fixat a carcassa. Paquet de xapa magnètica amb
ranures: bobinatge inductor

14. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (III)
Motors d'inducció trifàsics (II)
Estator (II)
Bobinatge inductor: produeix el camp giratori. Tres enrotllaments de fil
o platines de Cu
Caixa de borns: connexió a xarxa elèctrica. Diferents combinacions per
tenir connexió en estrella o triangle
Rotor
Constitueix el sistema induït. Bàsicament: eix suportat per coixinets i
paquet cilíndric de xapa magnètica amb ranures: conductors de
l'induït
Rotor en gàbia d'esquirol o curtcircuit
Amb barres de Cu o Al curtcircuitats al final

15. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (IV)
Motors d'inducció trifàsics (III)
Rotor (II)
Rotor bobinat
Bobinatge trifàsic de Cu connectat en estrella
Els extrems lliures: connectats a tres anells de bronze o llautó
Amb escombretes: tanquem el circuit
Permeten certa regulació de velocitat
Són més cars i amb més manteniment
Principi de funcionament
Necessitem generar un camp magnètic giratori
No tenim imant giratori, sinó tres bobines equidistants alimentades per
CA desfasades 120° entre elles

16. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (V)
Motors d'inducció trifàsics (IV)
Principi de funcionament (II)
Dins del camp magnètic giratori: espira de Cu
Es posarà a girar, induïda pel camp magnètic. Com?
Crea una FEM: un corrent induït (espires en curtcircuit)
Parell de forces: fa girar l'espira
Corrent induït de sentit contrari al que el genera
Gira en igual sentit que el camp magnètic inductor
De fet, intentarà girar a igual velocitat que l'inductor, per oposar-se a
l'efecte generador (Lenz)
L'espira gira a velocitat inferior que el camp inductor
Això fa que hi hagi variació de flux: FEM induïda

17. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (VI)
Motors d'inducció trifàsics (V)

18. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (VII)
Motors d'inducció trifàsics (VI)
Velocitat de sincronisme i lliscament
Velocitat de sincronisme: la del camp giratori: ns = f/p [s-1]
La velocitat del rotor, n, és inferior (més o menys en funció de la
càrrega)
La velocitat de lliscament: nr = ns – n
També es pot expressar en tant per ú
O percentual
Potència activa absorbida

19. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (VIII)
Motors d'inducció trifàsics (VII)
Potència nominal
La que caracteritza el motor
És la potència útil quan treballa a PC
Potència reactiva
Emprada per crear el camp magnètic
La potència aparent subministrada per la xarxa:

20. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (IX)
Motors d'inducció trifàsics (VIII)
El rendiment del motor a plena càrrega:
PFe: pèrdues magnètiques. Independents de càrrega
Pcu: pèrdues elèctriques. Dependents de càrrega
Pmecàniques: Independents de la càrrega

21. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (X)
Motors d'inducció trifàsics (IX)
Intensitat absorbida pel motor (de la xarxa)
Aquests valors figuren a la placa de característiques
Estan referits al funcionament nominal
Parell motor
La velocitat n ha d'estar en s-1

22. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (XI)
Motors d'inducció trifàsics (X)
Corba de característica mecànica
Es representa el parell en funció de la velocitat del motor
Mantenint la tensió i la freqüència d'alimentació constants
També hi representem el parell resistent de la càrrega i la intensitat
estatòrica
Té diferents punts singulars que es detallen tot seguit

23. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (XII)
Motors d'inducció trifàsics (XI)
Corba de característica mecànica (II)
Punt A: Engegada del motor
●n=0
●Γa (engegada) >Γn (nominal)
●Ia > In
Punt ns
●Correspon a velocitat de
sincronisme
●El motor no funciona
●No hi ha variació de flux
●Γ=0

24. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (XIII)
Motors d'inducció trifàsics (XII)
Corba de característica mecànica (III)
Punt D
●Funcionament en buit
●Γ és petit
o
●Suficient per vèncer fregament
●n és inferior a n
o s
Punt K
●Velocitat crítica n
k
●Subministra el parell màxim Γ
k

25. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (XIV)
Motors d'inducció trifàsics (XIII)
Corba de característica mecànica (IV)
Punt C
●Funcionament nominal del motor
●Γu = Γr de la càrrega
●Motor estable: augment de n,
disminució de Γ
●Motor estable: Per tant, Γr frena el
moto i tornem a valor nominal
●Motor estable: Augment de Γr
implica baixada de velocitat i, ergo,
pujada de Γu. Tornem a valor
nominal

26. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (XV)
Motors síncrons trifàsics
Es fonamenta en la reversibilitat de l'alternador
Si alimentem l'estator amb CA trifàsic → camp magnètic giratori
de velocitat ns
El rotor s'orienta i gira a la velocitat de sincronisme
A mesura que té càrrega: es desfasa un angle
Angle de càrrega
El parell màxim: a 90°
Gairebé no es fan servir a nivell industrial
No podem arrencar amb càrrega
Variacions brusques de càrrega: el motor s'atura

27. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (XVI)
Motors de corrent altern monofàsics
Introducció
Són de poca potència
Aplicat al sector dels electrodomèstics i màquines eina portàtils
Motors d'inducció amb bobinatge auxiliar
Molt semblant a motor d'inducció trifàsic
Bobinatge inductor a l'estator
Induït en curtcircuit al rotor
Però: ara no podem fer B giratori (només tenim una fase)
El que tenim és un B alternatiu d'amplitud variable
Un cop comença a girar tinc dos camps que interactuen: gira el rotor

28. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (XVII)
Motors de corrent altern monofàsics (II)
Motors d'inducció amb bobinatge auxiliar (II)
Necessitem, doncs un camp giratori inicial per fer girar el rotor
Després és autosuficient
S'utilitza un bobinatge auxiliar d'arrencada
Col·locat a l'estator amb el bobinatge inductor principal
Desfasat respecte aquest
Tenim camp magnètic giratori (semblant al d'un sistema bifàsic)
Tenim dues maneres d'aconseguir-ho
De fase partida
En l'estator reservo 1/3 de les ranures per bobinatge auxiliar (a 90°)
De condensador (en sèrie)
Desfasa el corrent 90°

29. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (XVIII)
Motor universal
Pot funcionar amb CC o CA
La característica parell-velocitat és igual a la d'un motor de CC
en sèrie
Són de dimensions petites i parell més alt que un monofàsic
Motors pas a pas
Són els més adients quan necessitem control precís de la
posició i/o de la velocitat del rotor
L'estator crea camp magnètic giratori
El rotor: imant permanent que segueix el camp de l'estator

30. UD 05. Motors elèctrics
Motors de corrent altern (XIX)
Motors pas a pas (II)
Cada cop que apliquem un impuls a les bobines de l'estator
Hi circula corrent: generem B giratori
Fem girar el rotor
Cada vegada que apliquem impuls avança uns graus α
És el que anomenem pas
Pot valdre 90° o tan sols 0,72°
En funció d'això necessitem més o menys impulsos per girar un angle
determinat

31. UD 05. Transformadors
Introducció
Màquina estàtica
Permet variar V i I mantenint constant la freqüència
Estudiarem: transformadors de potència
Constitució del transformador
Circuit magnètic
Acobla magnèticament els enrotllaments
Format per columnes o nuclis (aquí col·loquem els
enrotllaments) i culates (tanquen el circuit)

32. UD 05. Transformadors
Constitució del transformador (II)
Enrotllaments
Amb fils i platines de Cu, d'acord amb la I a suportar
Diferents formes constructives
Habitual: transformador cuirassat
Enrotllaments sobre un nucli
Tanquem circuit per tots dos costats
Molt emprat en monofàsics

33. UD 05. Transformadors
Constitució del transformador (III)
Diferents formes constructives (II)
Transformador de columnes
Dues columnes, cadascuna amb un dels enrotlladors
Típic de transformadors trifàsics
Principi de funcionament
En la inducció electromagnètica
Variació de flux: acció de camp
magnètic
Creat per corrent variable

34. UD 05. Transformadors
Principi de funcionament (II)
Format per circuit magnètic i dos d'elèctrics
Nucli: xapes
Els enrotllaments s'anomenen primari i secundari
Connectem a xarxa de CA
Flux variable
Induïm FEM εp en primari
Induïm FEM εs en secundari

35. UD 05. Transformadors
Principi de funcionament (III)
El primari: receptor
Rep energia de la xarxa elèctrica
El secundari: generador
Alimenta circuit d'utilització
La relació entre el nombre d'espires del primari i el
secundari s'anomena relació de transmissió

36. UD 05. Transformadors
El transformador ideal
Es considera que no té pèrdues
Funcionament en buit
Connectem el primari a Vp (alterna)
Circula corrent Io = Ip (primari)
Generem flux variable (Φ)
Comú als dos enrotllaments
Generarà εp i εs
De sentit contrari a la variació de flux (Lenz)

37. UD 05. Transformadors
El transformador ideal (II)
Funcionament en buit (II)
El flux tindrà una variació:
Aleshores, operant obtindrem:
Φmàx: flux màxim en Wb
f: freqüència del CA en Hz
Si dividim les dues expressions:
La relació entre FEMs és equivalent a relació de transformació

38. UD 05. Transformadors
El transformador ideal (III)
Funcionament en càrrega
Ara circularà corrent al secundari Is
El secundari subministrarà una potència P2
Influencia el flux i, per tant, el primari (augment d'Ip)
Com que considerem que el transformador és ideal
No hi ha pèrdues
La potència absorbida pel primari és igual a la subministrada pel
secundari
I si operem obtenim:
Observem que Is influencia Ip

39. UD 05. Transformadors
El transformador real
Hem de tenir en compte diferents factors
Resistència òhmiques dels enrotllaments
Dispersió del flux a causa dels corrents
Podem escriure ara
Tot i que, en ser màquines de rendiment elevat se sol acceptar
l'equació ideal de rt abans esmentada

40. UD 05. Transformadors
El transformador real (II)
Rendiment d'un transformador
Respon a la fórmula:
On hem de tenir present:
Pfe: Pèrdues del ferro, en W, per histèresi i corrents Foucault del
nucli
Pcu: Pèrdues del coure,en W, per efecte Joule als enrotllaments

41. UD 05. Transformadors
El transformador real (III)
Rendiment d'un transformador (II)
Com que no té pèrdues mecàniques: rendiments superiors al
99%
Identificació d'un transformador
Nombre de fases
Potència nominal (PN)
Potència aparent subministrada pel secundari [VA]
Tensions nominals primària i secundària (VpN i VsN)
Exemple: Trifàsic 10000 kVA 20000/110000 V