MÀQUINA ELÈCTRICA

Una màquina elèctrica és un dispositiu que transforma l'energia elèctrica en altra energia, o bé, en energia elèctrica però amb una presentació distinta, passant aquesta energia per una etapa d'emmagatzematge en un camp magnètic.

Es classifiquen en tres grans grups:

1. generadors,

2. motors

3. i transformadors.

Els generadors transformen energia mecànica en elèctrica, i l'invers succeïx en els motors.

El motor es pot classificar en motor de corrent continu o motor de corrent altern.

Els transformadors i convertidors conserven la forma de l'energia però transformen les seves característiques.

Una màquina elèctrica té un circuit magnètic i dos circuits elèctrics.

Normalment un dels circuits elèctrics es diu excitació, perquè al ser recorregut per un corrent elèctric produeïx els ampervolteas necessaris per a crear el flux establert en el conjunt de la màquina.

Des d'una visió mecànica, les màquines elèctriques es poden classificar en rotatives i estàtiques.

Les màquines rotatives estan proveïdes de parts giratòries, com les dinamos, alternadors, motors.

Les màquines estàtiques no disposen de parts mòbils, com els transformadors.

En les màquines rotatives hi ha una part fixa cridada estator i una part mòbil anomenada rotor.

Normalment el rotor gira en l'interior del estator degut, entre altres coses, a l'espai d'aire existent entre ambdós i que es denominaentreferro.





Potència de les màquines elèctriques

La potència d'una màquina elèctrica és l'energia desenvolupada en la unitat de temps.

La potència d'un motor és la qual se subministra pel seu eix. Una dinamo absorbeix energia mecànica i subministra energia elèctrica, i un motor absorbeix energia elèctrica i subministra energia mecànica.

La potència que dóna una màquina en un instant determinat depèn de les condicions externes a ella; en una dinamo del circuit exterior d'utilització i en un motor de la resistència mecànica dels mecanismes que mou.

Entre tots els valors de potència possibles hi ha un que dóna les característiques de la màquina, és la potència nominal, que es defineix com la qual pot subministrar sense que la temperatura arribi als límits admesos pels materials aïllants empleats.

Quan la màquina treballa en aquesta potència es diu que està a plena càrrega.

Quan una màquina treballa durant breus instants a una potència superior a la nominal es diu que està treballant en sobrecàrrega.

Classificació segons el servei

És important conèixer la classe de servei a la qual estarà sotmesa una màquina:

• Servei continu: Correspon a una càrrega constant durant un temps suficientment llarg com perquè la temperatura arribi a estabilitzar-se.

• Servei continu variable: Es dóna en màquines que treballen constantment però en les quals el règim de càrrega varia d'un moment a un altre.• Servei intermitent: Els temps de treball estan separats per ì#empos/ de repòs. Factor de marxa és la relació entre el temps de treball i la durada total del cicle de treball.

• Servei unihorari: La màquina està una hora en marxa a un règim constant superior al continu, però no arriba a arribar a la temperatura que posi en perill els materials aïllants. La temperatura no arriba a estabilitzar-se.

Rendiment

De manera general, es defineix com la relació entre la potència útil i la potència absorbida expressat en %

MOTOR ELÈCTRIC

Un motor elèctric és un dispositiu rotatiu que transforma energia elèctrica en energia mecànica, i viceversa, converteix l'Energia mecànica en energia electrica funcionant com generador o dinamo.

Els motors elèctrics de tracció usats en locomotores realitzen sovint ambdues tasques, si els hi equipa amb frens dynamo.

Per aquests motius són àmpliament utilitzats en instal·lacions industrials i altres aplicacions que no requereixin autonomia respecte de la font d'energia, atès que l'energia elèctrica és difícil d'emmagatzemar.

L'energia d'una bateria de diversos kg equival a la qual contenen 80 g de gasolina.

Així, en automòbils s'estan començant a utilitzar en vehicles híbrids per a aprofitar els avantatges d'ambdós.

Avantatges

En diverses circumstàncies presenta molts avantatges respecte als motors de combustió:

• A igual potència, la seva grandària i pes són mésreduïts.

• Es poden construir de qualsevol grandària.

• Té un parell de gir elevat i, segons el tipus de motor, pràcticament constant.

• El seu rendiment és molt elevat (típicament entorn del 80%, augmentant el mateix a mesura que s'incrementa la potència de la màquina).







MOTORS DE CORRENT CONTINU

Diversos motors elèctrics

Els motors de corrent continu es classifiquen segons la forma com estiguin connectats, en:

• Motor sèrie

• Motor compound

• Motor shunt

• Motor elèctric sense escombretes

A més dels anteriors, existeixen altres tipus que són utilitzats en electrònica:

• Motor pas a pas

• Servomotor

• Motor sense nucli

NANOMOTOR

Un nanomotor és un dispositiu capaç de convertir energia en moviment i forces en l'ordre dels piconewtons.

Una branca d'investigació es basa en la integració de motors moleculars trobats en les cèl·lules vives en dispositius artificials, possiblement creats mitjançant biologia sintètica.

Per exemple, el motor de la kinesina consumeix ATP.

Si tinguéssim molècules de ATP tancades en una estructura molecular sensible a la llum ultraviolada es podrien utilitzar polsos de llum per a encendre i apagar el motor.

Altra línia d'investigació involucra NEMS Nano-Electro-Mechanical Systems que utilitzen nanotubos de carboni.



MOTOR DE CORRENT CONTINU

El motor de corrent continu és una màquina que converteix l'energia elèctrica enmecànica, principalment mitjançant el moviment rotatiu.

En l'actualitat existeixen noves aplicacions amb motors elèctrics que no produïxen moviment rotatori, sinó que amb algunes modificacions, exerceixen tracció sobre un rail.

Aquests motors es coneixen com motors lineals.

Aquesta màquina de corrent continu és una de les més versàtils en la indústria.

El seu fàcil control de posició, parell i velocitat l'han convertit en una de les millors opcions en aplicacions de control i automatització de processos.

Però amb l'arribada de l'electrònica han caigut en desús doncs els motors de corrent altern del tipus asíncron, poden ser controlats d'igual forma a preus més accessibles per al consumidor mig de la indústria.

A pesar d'això l'ús de motors de corrent continu continua i s'usen en moltes aplicacions de potència (trens i tramvies) o de precisió (màquines, micromotors, etc.)

La principal característica del motor de corrent continu és la possibilitat de regular la velocitat des de buit a plena càrrega.

Una màquina de corrent continu (generador o motor) es compon principalment de dues parts, un estator que dóna suport mecànic a l'aparell i té un buit en el centre generalment de forma cilíndrica.

En el estator a més es troben els pols, que poden ser d'imants permanents o debanaments amb fil de coure sobre nucli de ferro.

El rotor és generalment de forma cilíndrica, també debanat i amb nucli, al que arribael corrent mitjançant dues escombretes.

També es construïxen motors de CC amb el rotor d'imants permanents per a aplicacions especials.

PRINCIPI DE FUNCIONAMENT

Segons la Llei de Lorentz, un conductor pel qual passa un corrent elèctric que causa un camp magnètic al seu al voltant tendeix a ser expulsat si se li vol introduir en altre camp magnètic.

B = F / |q| v sin α
F = força magnètica
v = velocitat de la càrrega
α = angle que formen els vectors v i B


Val la pena agregar en el cas de les adreces de la inducció magnètica , la força en la qual es mourà el conductor com també el sentit de circulació del corrent, es poden definir amb la Regla de la Mà Dreta de Fleming.

Força contraelectromotriu induïda en un motor

És la tensió que es crea en els conductors d'un motor com a conseqüència del cort de les línies de força, és l'efecte generador

La polaritat de la tensió en els generadors és inversa a l'aplicada en borns del motor.

Les fortes puntes de corrent d'un motor en l'arrencada són degudes que amb màquina parada no hi ha força contraelectromotriu i el bobinatge es comporta com una resistència pura.

Nombre d'escombretes

Les escombretes han de posar en curt circuit totes les bobines situades en la zona neutra. Si la màquina té dos pols, tenim també dues zones neutres En conseqüència, el nombre total d'escombretes ha de ser igual al nombre de pols de lamàquina.

Quant a la seva posició, serà coincident amb les línies neutres dels pols.

Sentit de gir

El sentit de gir d'un motor de corrent continu depèn del sentit relatiu dels corrents circulantes pels debanaments inductor i induït.

La inversió del sentit de gir del motor de corrent continu s'aconsegueix invertint el sentit del camp magnètic o del corrent de l'induït.

Si es permuta la polaritat en ambdós bobinatges, l'eix del motor gira en el mateix sentit.

Els canvis de polaritat dels bobinatges, tant en el inductor com en l'induït es realitzaran en la caixa de borns de la màquina.

Reversibilidad

Els motors i els generadors de corrent continu estan constituïts essencialment pels mateixos elements, diferenciant-se únicament en la forma d'utilització.

Per reversibilidad entre el motor i el generador s'entén que si es fa girar al rotor, es produïx en el devanament induït una força electromotriu capaç de transformar-se en energia en el circuit de càrrega.

En canvi, si s'aplica una tensió contínua al debanament induït del generador a través del col·lector de lamel·les, el comportament de la màquina ara és de motor, capaç de transformar la força contraelectromotriu en energia mecànica.

En ambdós casos l'induït està sotmès a l'acció del camp inductor principal.

MOTOR DE CORRENT ALTERN

Es denomina motor de corrent altern a aquells motors elèctrics que funcionen amb corrent altern.

Un motorés una màquina motriu, això és, un aparell que converteix una forma qualsevol d'energia en energia mecànica de rotació o parell.

Un motor elèctric converteix l'energia elèctrica en forces de gir per mitjà de l'acció mútua dels camps magnètics.

Un generador elèctric, per altra banda, transforma energia mecànica de rotació en energia elèctrica i se li pot anomenar una màquina generatriu de fem.

Les dues formes bàsiques són el generador de corrent continu i el generador de corrent altern, aquest últim més correctament anomenat alternador.

Tots els generadors necessiten una màquina motriu (motor) d'algun tipus per a produir la força de rotació, per mitjà de la qual un conductor pot tallar les línies de força magnètiques i produir una fem.

La màquina més simple dels motors i generadors és el alternador.

MOTORS DE CORRENT ALTERN

En alguns casos, tals com vaixells, on la font principal d'energia és de corrent continu, o on es desitja un gran marge, poden emprar-se motors de c-c.

No obstant això, La majoria dels motors moderns treballen amb fonts de corrent altern.

Existeix una gran varietat de motors de c-a, entre ells tres tipus bàsics:

1. l'universal,

2. el síncron

3. i el de gàbia d'esquirol.



MOTORS UNIVERSALS

Els motors universals treballen amb voltatges de corrent continu o corrent altern.

Tal motor, anomenat universal, s'utilitza en serra elèctrica, trepant, utensilisde cuina, ventiladors, sopladors, batedores i altres aplicacions on es requereix gran velocitat amb càrregues febles o petita velocitat.

Aquests motors per a corrent altern i directa, incloent els universals es distingeixen pel seu commutador debanat i les escombretes.

Els components d'aquest motor són:

• Els camps (estator),

• la massa (rotor),

• les escombretes (els excitadores)

• i les tapes (les cobertes laterals del motor).

El circuit elèctric és molt simple, té solament una via per al pas del corrent, perquè el circuit està connectat en sèrie.

El seu potencial és major per tenir major flexibilitat a vèncer la inèrcia quan està en repòs o sigui té un torque excel·lent, però té una dificultat, i és que no està construït per a ús continu o permanent.

Altra dificultat dels motors universals, en el que a ràdio es refereix, són les espurnes del col·lector (chisporroteos) i les interferències de ràdio que això duu amb si o soroll.

Això es pot reduir per mitjà dels condensadors de passada, de 0,001 μF a 0,01 μF, connectats de les escombretes a la carcassa del motor i connectant aquesta a massa.

Aquests motors tenen l'avantatge que arriben a grans velocitats però amb poca força.

MOTORS SÍNCRONS

Implicant, es pot utilitzar un alternador com motor en determinades circumstàncies. Si s'excita el camp amb c-c i s'alimenta pels anells col·lectors a la bobina del rotor amb c-a, lamàquina no arrencarà.

El camp al voltant de la bobina del rotor és altern en polaritat magnètica però durant un semiperiode del cicle complet, intentarà moure's en una adreça i durant el següent semiperiode en l'adreça oposada.

El resultat és que la màquina roman parada.

La màquina solament s'escalfarà i possiblement es cremarà.

Per a generar el camp magnètic del rotor, se subministra una CC al debanament del camp; això es realitza freqüentment per mitjà d'una excitatriu, la qual consta d'un petit generador de CC impulsat pel motor, connectat mecànicament a ell.

Es va esmentar anteriorment que per a obtenir un parell constant en un motor elèctric, és necessari mantenir els camps magnètics del rotor i del estator constants l'u en relació amb altre.

Això significa que el camp que trencada electromagnèticament en el estator i el camp que trencada mecànicament en el rotor s'han d'alinear tot el temps.

L'única condició perquè això ocorri consisteix que ambdós camps roten a la velocitat sincrònica:

És a dir, són motors de velocitat constant.

Per a una màquina sincrònica de pols no sortints (rotor cilíndric), el parell es pot escriure en termes del corrent altern del estator, is(t), i del corrent continu del rotor, if:

on γ és l'angle entre els camps del estator i del rotor

El rotor d'un alternador de dos pols ha de fer una volta completa per a produir un cicle de c-a.

Ha de girar 60 vegades persegon (si la freqüència fora de 60 Hz), o 3.600 revolucions per minut (rpm), per a produir una c-a de 60 Hz.

Si es pot girar a 3.600 rpm tal alternador per mitjà d'algun aparell mecànic, com per exemple, un motor de c-c, i després s'excita l'induït amb una c-a de 60 Hz, continuarà girant com un motor síncron.

La seva velocitat de sincronismo és 3.600 rpm.

Si funciona amb una c-a de 50 Hz, la seva velocitat de sincronismo serà de 3.000 rpm.

Mentre la càrrega no sigui massa pesada, un motor síncron gira a la seva velocitat de sincronisme i solament a aquesta velocitat.

Si la càrrega arriba a ser massa gran, el motor va disminuint velocitat, perd la seva sincronisme i es para.

Els motors síncrons d'aquest tipus requereixen tots una excitació de c-c per al camp (o rotor), així com una excitació de c-a per al rotor (o camp).

Es pot fabricar un motor síncron construint el rotor cilíndric normal d'un motor tipus gàbia d'esquirol amb dos costats plans.

Un exemple de motor síncron és el rellotge elèctric, que ha d'arrencar-se a mà quan es para.

Quan es manté la c-a en la seva freqüència correcta, el rellotge marca el temps exacte.

No és important la precisió en l'amplitud de la tensió.

MOTORS DE GÀBIA D'ESQUIROL

La major part dels motors que funcionen amb c-a de una sola fase tenen el rotor de tipus gàbia d'esquirol.

Els rotors de gàbia d'esquirol reals són molt més compactes i tenen un nuclide ferro laminat.

Els conductors longitudinals de la gàbia d'esquirol són de coure i van soldats a les peces terminals de metall.

Cada conductor forma una espira amb el conductor oposat connectat per les dues peces circulars dels extrems.

Quan aquest rotor està entre dos pols de camps electromagnètics que han estat magnetizads per un corrent altern, s'induïx una fem en les espires de la gàbia d'esquirol, un corrent molt gran les recorre i es produïx un fort camp que contraresta al que ha produït el corrent (llei de Lenz).

Encara que el rotor pugui contrarestar el camp dels pols estacionaris, no hi ha raó perquè es mogui en una adreça o altra i així roman parat.

És similar al motor síncron el qual tampoc s'arrenca sol.

El que es necessita és un camp rotatori en lloc d'un camp altern.

Quan el camp es produïx perquè tingui un efecte rotatori, el motor es diu de tipus de gàbia d'esquirol.

Un motor de fase partida utilitza pols de camp addicionals que estan alimentats per corrents en diferent fase, el que permet als dos jocs de pols tenir màxims de corrent i de camps magnètics amb molt poca diferència de temps.

Els enrotllaments dels pols de camp de fases distintes, s'haurien d'alimentar per c-a bifasicas i produir un camp magnètic rotatori, però quan es treballa amb una sola fase, la segona s'aconsegueix normalment connectant un condensador (o resistència) en sèrie amb els enrotllaments de fasesdistintes.

Amb això es pot desplaçar la fase en més de 20° i produir un camp magnètic màxim en el debanament desfasat que s'avança sobre el camp magnètic del debanament principal.

Desplaçament real del màxim d'intensitat del camp magnètic des d'un pol al següent, atreu al rotor de gàbia d'esquirol amb els seus corrents i camps induïts, fent-li girar.

Això fa que el motor s'arrenqui per si mateix.

El debanament de fase partida pot quedar en el circuit o pot ser desconnectat per mitjà d'un commutador centrífug que li desconnecta quan el motor arriba a una velocitat predeterminada.

Una vegada que el motor arrenca, funciona millor sense el debanament de fase partida.

De fet, el rotor d'un motor d'inducció de fase partida sempre es llisca produint un petit percentatge de reducció de la qual seria la velocitat de sincronisme.

Si la velocitat de sincronisme fora 1.800 rpm, el rotor de gàbia d'esquirol, amb una certa càrrega, podria girar a 1.750 rpm.

Com més gran sigui la càrrega en el motor, més es llisca el rotor.

En condicions òptimes de funcionament un motor de fase partida amb els pols en fase desconnectats, pot funcionar amb un rendiment aproximat del 75%.

Altra manera de produir un camp rotatori en un motor, consisteix a ombrejar el camp magnètic dels pols de camp.

Això s'aconsegueix fent una ranura en els pols de camp i col·locant un anell de coure al voltant d'una de les parts del pol.

Mentreel corrent en la bobina de camp està en la part creixent de l'alternança, el camp magnètic augmenta i induïx una fem i un corrent en l'anell de coure.

Això produïx un camp magnètic al voltant de l'anell que contraresta el magnetisme en la part del pol on es troba ell.

En aquest moment es té un camp magnètic màxim en la part de pol no ombrejada i un mínim en la part ombrejada.

Quan el corrent de camp arriba a un màxim, el camp magnètic ja no varia i no s'induïx corrent en l'anell de coure.

Llavors es desenvolupa un camp magnètic màxim en tot el pol. Mentre el corrent està decreixent en amplitud el camp disminueïx i produeïx un camp màxim en la part ombrejada del pol.

D'aquesta forma el camp magnètic màxim es desplaça de la part no ombrejada a l'ombrejada dels pols de camp mentre avança el cicle de corrent.

Aquest moviment del màxim de camp produïx en el motor el camp rotatori necessari perquè el rotor de gàbia d'esquirol s'arrenqui solament.

El rendiment dels motors de pols d'inducció ombrejats no és alt, varia del 30 al 50 per 100.

Una dels principals avantatges de tots els motors de gàbia d'esquirol, particularment en aplicacions de ràdio, és la falta de col·lector o d'anells col·lectors i escombretes.

Això assegura el funcionament lliure d'interferències quan s'utilitzen tals motors.

Aquests motors també són utilitzats en la indústria.

El manteniment que es fa a aquests motors és facil.