Maquines electriques versio 3

MÀQUINES ELÈCTRIQUES

Tecnologia Industrial 2n Batxillerat

davidctecno

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

Màquines elèctriques : Classificació

http://www.youtube.com/watch?v=yDP1ihcI9ts&feature=player_embedded

Màquines elèctriques : Anàlisi

•Funcionament mecànic:

Màquines rotatives : motors, generadors

Màquines estàtiques: transformadors

•Constitució electromagnètica:

Circuit magnètic: : nucli ferromagnètic

Circuit elèctric: inductor i l’induït

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

cicles d´histèresi /corrents paràsits de Focault

Efecte Joule

Fregament peces / efectes ventilació, refrigeració

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)

Màquines elèctriques : potències

Màquina P abs P p P u

GeneradorMàquina motriu que el fa girar

MagnètiquesElèctriquesMecàniques

Xarxa elèctrica

Motor Xarxa elèctrica

MagnètiquesElèctriquesMecàniques

Eix de rotació

Transformador Xarxaelèctrica

MagnètiquesElèctriques

Xarxa elèctrica

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.

1.Generadors elèctrics

http://www.walter-fendt.de/ph14s/generator_s.htm

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


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


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

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)

1.1 Dinamos : FEM

n••K a

NpK

60on

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’ inductora 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.

1.1 Dinamos : FEM

n••K a

NpK

60

on

N nombre de parell de pols de l’ inductor

1.1 Dinamos : FEM

n••K a

NpK

60

on

p Nombre de conductors actius de l’ enrotllament induït (2 per espira)

1.1 Dinamos : FEM

n••K a

NpK

60

on

a nombre de parells de branques en paral.lel de branques del circuit

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 magnèticEntreferro : espai que queda entre Estator i Rotor

1.2 Alternadors vs dinamos

1.2 Alternadors vs dinamos

http://www.walter-fendt.de/ph14s/generator_s.htm

1.2 Alternadors : FEM

ns freqüència de rotació del rotor (min-1)

p nombre de parells de pols de l’ inductor

f freqüència de la FEM (Hz)

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

p

fns

60

1.2 Alternadors : FEM

•f•N•4,44•K sf

K Coeficient que depèn de les característiques de construció de l’ induïtNs Nombre d’ espires sèrie per fasef 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.

Els alternadors industrials són generalment trifàsics

1.2 Alternadors : connexions


1.2 Alternadors : connexions


Magnitud Connexió Y

Connexió

Intensitats

TensionsFL VV ·3

LF II

LF VV

FL II ·3

LLT IVS ··3Potència aparent

On VL : Tensió en borns de l’ alternador

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.

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

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

http://www.walter-fendt.de/ph14s/electricmotor_s.htm

2.1 Motors CC

2.1 Motors CC

2.1 Motors CC: força contramotriu

nK •• 'a

NpK

60

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’ inductora 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).

•FCEM :

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:

IlBF ··

Es creen forces i parells que fan girar el rotor

2.1 Motors CC: parell motor

iIK ••

K Constant que depèn de les característiques de la màquinaФ Flux de cada pol (Wb)Ii Corrent indüït (A)

•Parell motor nominal:

2.1 Motors CC : intensitats

Corrent d'alimentació I rotor o induït

Corrent d'excitació Ie estator o inductor

InductorEstator

InduïtRotor

'

I

inductor induït

Ie

Rt VL


'

I

inductor induït

Ie

Rt VL

•Intensitat del motor:(intensitat induïda)(intensitat de línia) t

COL

R

VVLI 2'

VL Tensió de línia (V)’ FCEM (V)2VCO Caiguda tensió col.lector-escombretes (V) = 2 V

R t Resistència que oposa el motor ()


‘ = 0

I

inductor induït

Ie

Rt VL

•Intensitat d’arrencada:

n =0 ’ = 0 t

COL

R

VVaI 2

VL Tensió de línia (V)

2VCO Caiguda tensió col.lector-escombretes (V) = 2 V


Perill de curtcircuit perquè Ia I !!!!


Rra

I

inductor induït

Ie

Rt VL

•Intensitat d’arrencada:

n =0 ’ = 0 Rat

COL

RR

VVaI

2

VL Tensió de línia (V)

2VCO Caiguda tensió col.lector-escombretes (V) = 2 V


S’ afegeix un reòstat d’ arrencada RRa

en sèrie amb l’ induït per reduïr Ia

2.1 Motors CC: velocitat de gir

K

V

K

VIRV

Kn

LCOtL

2'

K Constant que depèn de les característiques de la màquinaФ 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.

• Freqüència de rotació: ( min-1)

2.1 Motors CC: potències ,rendiment

IVPLabs

• Potència absorbida (W):

• Potència útil (W):

uabspPPP

• Rendiment motor :

60

2 nP

uuu

• Potència perduda (W):

pu

u

abs

u

PP

P

P

P

• Potència interna (W): IPi

'

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

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


carcassa


Nucli magnètic


Bobinatge inductor


Caixa de borns

2.2 Motors CA d’ inducció trifàsicsConstitució Rotor (Induït) :part giratòria de la màquina que conté el sistema induït destinat a generar la FEM

Eix


Coixinet


Rotor gàbia d’ esquirol

•Format per barres i anells de Cu o Al curtcircuitats.

•Econòmics

•Poc manteniment

•Fàcil muntatge


Rotor gàbia d’ esquirol

•Format per barres i anells de Cu o Al curtcircuitats.

•Econòmics

•Poc manteniment

•Fàcil muntatge


Rotor bobinat

•Bobinatge trifàsic de Cu connectat en estrella

•Milloren engegada del motor

•Regulació de velocitat

•Voluminosos, cars

•Requereixen manteniment


Rotor bobinat

•Bobinatge trifàsic de Cu connectat en estrella

•Milloren engegada del motor

•Regulació de velocitat

•Voluminosos, cars

•Requereixen manteniment

2.2 Motors CA d’ inducció trifàsicsConstitució

2.2 Motors CA d’ inducció trifàsicsFuncionament

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.

2.2 Motors CA d’ inducció trifàsicsFuncionament

2.2 Motors CA

•Motors síncrons:

Es fonamenten en la reversibilitat de l’ alternador

Es caracteritzen perquè el seu rotor gira a la velocitat de sincronisme

•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 sincronisme

p

fns

60

snn

2.2 Motors CA d’ inducció trifàsicsVelocitat de sincronisme i lliscament

•Velocitat de sincronisme (min-1) : és la velocitat del camp giratori.

p

fns

f : freqüència de la xarxa d’ alimentació ( 50 Hz)

p : nombre de pols de l’ estator que crea el camp (inductor)

•Velocitat de lliscament (min-1) : és la diferència entre la velocitat de sincronisme i la velocitat del rotor

nnn sr

•lliscament relatiu : coeficient que expressa la velocitat relativa de lliscament

s

r

n

ns

2.2 Motors CA d’ inducció trifàsicspotències

•Potència reactiva (VAr) : és la potència que el motor absorbeix de la xarxa per crear el camp magnètic

•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

·cos··3 LLabs IVP

·sin··3 LLabs IVQ •Potència aparent (VA) :

LLabs IVS ··322absabsabs QPS

2.2 Motors CA d’ inducció trifàsicsrendiment / intensitat/ parell motor

•Intensitat (A) que el motor absorbeix de la xarxa :

•Rendiment : quocient entre potència útil i potència absorbida

abs

u

P

P

cos3cos3 L

u

L

abs

V

P

V

PI

•Parell motor (Nm) :

602

nPP uu

2.2 Motors CA d’ inducció trifàsicsrendiment / intensitat/ parell motor

•Intensitat (A) que el motor absorbeix de la xarxa :

•Rendiment : quocient entre potència útil i potència absorbida

abs

u

P

P

cos3cos3 L

u

L

abs

V

P

V

PI

•Parell motor (Nm) :

602

nPP uu

2.2 Motors CA d’ inducció trifàsicsPlaca de característiques

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

3 Transformadors : constitució

Nucli ferromagnètic : estructura de xapa magnètica encarregada d’ acoblar el bobinatge Bobinatge : enrotllaments de fils i platines de coure


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


Bobinatge : enrotllaments de fils de Cu i Al envernissats per on passa el corrent elèctric

Debanat simètric:

Cada bobina enrotllada en una columna diferent



Debanat concèntric:

Dos enrotllaments un sobre de l’ altre, aïllats entre ells



Debanat alternat:

Dos bobines concèntriques repartides en dos columnes



Debanat cuirassat:

Nucli de tres columnes i les bobines concèntriques a la columna del mig

3.Transformadors elèctrics

http://www.youtube.com/watch?v=db8vun1_AA4&feature=related

3 Transformadors : funcionamentEl 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 p en el primari i un 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.

s

pt N

Nr

rt : relació de transformacióN p : nº espires primariN s : nº espires secundari

3 Transformadors: ideal (buit)

ts

p

s

p rN

N

pNf4,44 màxp sNf4,44 màxs

3 Transformadors: ideal (càrrega)

ts

p

p

s

s

p

s

p rN

N

I

I

V

V

Education

Maquines electriques versio 3