MÁQUINAS ELÉCTRICAS

Máquina eléctrica: Transformador de enerxía que utiliza a interacción de

campos eléctricos e magnéticos.

Xeradores e alternadores: transforman a enerxía mecánica en enerxía

eléctrica. Ex: dínamo bicicleta, alternador central hidroeléctrica.

Motores: transforman enerxía eléctrica en mecánica. Ex: motor de xoguete, motor

dunha grúa.

Transformadores: transforman a enerxía eléctrica en enerxía eléctrica

coas mesmas ou con diferentes características de tensión, intensidade, …

Ex: transformadores domésticos, transformadores de centrais xeradoras

de electricidade para elevar a tensión.

Os xeradores, alternadores e motores tamén se denominan máquinas

rotativas, xa que teñen unha parte que xira sobre ela mesma.

En cambio, os transformadores chámanse máquinas estáticas porque

non teñen ningunha parte móbil.

No ámbito industrial e doméstico, é habitual utilizar máquinas eléctricas

que transforman a enerxía eléctrica en mecánica.

Segundo o tipo de corrente eléctrica que empreguen, distinguimos dous

tipos de motores: os motores de corrente continua e os motores de

corrente alterna.

Os motores de corrente alterna poden ser monofásicos ou trifásicos.

Os máis empregados son os trifásicos asíncronos ou motores de

indución.

Nas instalacións monofásicas, os máis importantes son os motores

universais e os monofásicos de indución.

Compoñentes das máquinas de corrente continua

Unha das características principais dunha máquina de corrente continua é que

é reversible.

Pode funcionar como motor e como xerador.

Se nunha máquina de corrente continua aplicamos unha tensión nos bornes de

saída, esta funcionará como un motor, xa que transforma a enerxía eléctrica en

enerxía mecánica.

En cambio, se aplicamos enerxía mecánica no eixe da máquina, obtemos nos

bornes de saída, enerxía eléctrica e transformase, polo tanto, a enerxía

mecánica en enerxía eléctrica.

Compoñentes das máquinas de corrente continua

Estator: parte fixa da máquina onde se produce o fluxo magnético.

É un electroimán fixo formado por un número par de polos suxeitos no interior

dunha armadura circular que permite pechar o circuíto magnético.

As bobinas indutoras están colocadas nos polos e recórreas unha corrente

indutora denominada corrente de excitación.

Por esta razón, o estator tamén se chama indutor.

Compoñentes das máquinas de corrente continua

Rotor: tamén chamado inducido é a parte móbil da máquina.

Componse dun núcleo magnético cilíndrico e está construído con chapas

magnéticas apiladas para evitar perdas por histéreses e correntes parasitas.

Cada chapa está recuberta dunha película illante para que non haxa contacto

eléctrico entre elas.

Este núcleo de chapas ten unhas ranuras aliñeadas que deixan espazo aos

condutores da bobina do inducido.

Compoñentes das máquinas de corrente continua

Colector de delgas: está formado por un conxunto de segmentos de cobre, illados uns

de outros con mica e montados sobre o eixe da máquina. Estes segmentos

denomínanse delgas. Os condutores do devanado do inducido conéctanse de forma

diferentes segundo o tipo de máquina. O colector permite conectar o inducido da

máquina de corrente continua ao exterior.

Compoñentes das máquinas de corrente continua

Escobillas: son o enlace eléctrico entre as delgas do colector e o circuíto de

corrente continua exterior.

Son pezas de carbón ou grafito e móntanse por medio dun porta escobillas,

que mantén a posición e exerce a presión necesaria para asegurar o contacto

entre as escobillas e as delgas do colector.

O desgaste fai que as escobillas teñan que repoñerse nun período

determinado.

Tipos de motores de corrente continua

En función de cómo se conecten o circuíto indutor e o circuíto inducido,

teremos os distintos tipos de motores de corrente continua.

- Motor de excitación independente

- Motor derivación

- Motor serie

MÁQUINAS DE CORRENTE ALTERNA

As máquinas de corrente alterna máis utilizadas na industria son os motores.

Os motores de c.a. poden clasificarse en motores síncronos e asíncronos.

Os motores síncronos funcionan de maneira que o rotor da máquina xira

exactamente á mesma velocidade que o campo magnético; son pouco

frecuentes e só se usan en casos especiais.

Os motores asíncronos, denominados de indución, son os máis utilizados e

poden ser monofásicos e trifásicos. Os motores trifásicos asíncronos son os

máis empregados na industria.

Cando unha corrente circula por unha bobina crease un campo magnético. Se

a corrente é sinusoidal, obtense un campo e un fluxo magnético de dirección e

de valores instantáneos, que varían coa mesma frecuencia que a corrente

aplicada.

Os motores de corrente alterna están constituídos polo estator e o rotor.

Estator ou parte fixa, formado por chapas magnéticas illadas e ranuradas

interiormente. Nestas ranuras introdúcese un devanado trifásico (formado por

tres devanados monofásicos exactamente iguais, que ocupa cada un, un tercio

das ranuras totais).

Rotor ou parte móbil está formado por chapas magnéticas illadas e ranuradas

exteriormente.

Rotor dun motor de c.aEstator dun motor de c.a Motor de c.a

A separación de aire existente entre o

estator e o rotor denomínase entreferro.

O principio de funcionamento basease no campo magnético xiratorio que crea

unha corrente alterna trifásica.

O motor está formado por un par de polos por fase cos seus correspondentes

devanados, os finais están unidos a un punto común.

Conexión dun motor trifásico

Os tres principios e os tres finais dos devanados lévanse a unha placa de

bornes na que se realizan as conexións. A caixa de bornes poder ter catro, seis

ou máis bornes, o habitual é seis coas denominacións seguintes U, V e W son

os principios de fase e X, Y e Z son os finais de fase.

O motor pódese conectar en estrela (si se unen os finais nun só punto) ou en

triángulo (unindo principio con final).

Conexión en estrela Conexión en triángulo

Conexión dun motor trifásico

Un motor leva na súa placa de características dúas tensións: 230/400 V.

O motor sempre terá entre os extremos de calquera devanado a menor das tensións.

Se conectamos o motor a unha liña de 230 V de tensión, a conexión será triángulo. Pola

contra, ao conectalo a unha liña de 400 V, a conexión será estrela para que nos

extremos do devanado teñamos 230 V.

Conexión dun motor trifásico

Curvas Características

O comportamento dos motores de corrente alterna estudase a través das súas

curvas características, entre as que destacan:

- Curva característica de velocidade

- Curva característica de consumo

- Curva característica de factor de potencia

- Curva de rendemento

- Característica mecánica

Clases de arranque en motores trifásicos

Cando se conectan directamente a rede, un motor consume fortes intensidades

de liña no momento en que arranca. Estas intensidades sobrecargan as liñas

de distribución e poden producir caídas de tensión e subida de temperatura

nos condutores. Por esta razón, o Reglamento Electrotécnico de Baixa Tensión

(REBT) ditamina unhas normas para reducir as intensidades de arranque dos

motores a uns valores aceptables.

Arranque directo: esta permitido en motores de potencia inferior a 5,5 kW.

Arranque estrela-triángulo: é o máis utilizado. Consiste en conectar primeiro

o motor en estrela e unha vez que arrancou pasar o motor a triángulo.

Normalmente está automatizado.

TRANSFORMADOR

O transformador é unha máquina de corrente alterna estática que permite modificar

algunha das características da corrente alterna, como a tensión e a intensidade, para

que teña uns valores máis axeitados no transporte e distribución de enerxía eléctrica.

Unha das principais aplicacións dos transformadores é variar a tensión nas liñas de

transporte de enerxía eléctrica, coñécense como transformadores de potencia. Se

teñen a finalidade de elevar a tensión reciben o nome de transformadores elevadores e

si a reducen, transformadores redutores.

Un mesmo transformador pode ser elevador ou redutor en función da súa conexión á

rede.

Outra aplicación dos transformadores é no campo das medicións eléctricas para poder

medir sen perigo tensión e intensidades, coñécense como transformadores de

medida.

TRANSFORMADOR MONOFÁSICO

A maioría dos transformadores destinados á distribución de enerxía eléctrica

son trifásicos, sen embargo o seu funcionamento basease en transformadores

monofásicos.

Os transformadores monofásicos soen aplicarse en instalacións monofásicas e

en circuítos de seguridade, sinalización e utensilios domésticos que funcionen

con pequenas tensións como por exemplo, o cargador do teléfono móbil.

O funcionamentos do transformador monofásico basease nos fenómenos de

inducción electromagnética, é dicir, na produción dunha forza electromotriz

xerada pola variación do fluxo magnético nun circuíto estático.

Principio de funcionamento

Transformador ideal en baleiro

Este transformador elemental está constituído por un núcleo de chapas

magnéticas apiladas e illadas entre sí por un unha capa de barniz e por dous

devanados: o devanado primario composto por N1 espiras e o devanado

secundario composto por N2 espiras.

Ao conectar o devanado primario a unha rede de corrente alterna, crease un

fluxo variable no circuíto magnético que induce unhas forzas electromotrices E1

e E2 nos devanados primario e secundario, respectivamente.

Podemos dicir que o devanado primario se comporta como un receptor e o

devanado secundario, como un xerador.

Para simplificar o principio de funcionamento, consideramos que o

transformador é ideal. Isto quere dicir que:

Non se producen perdas no circuíto magnético.

A resistencia dos devanados é nula.

Non hai perda de fluxo magnético

O funcionamento do transformador en baleiro prodúcese cando se conecta o

devanado primario a unha corrente alterna V1 e se deixa o secundario sen

conectar ningunha carga nel.

Polo devanado primario circula unha corrente I0, denominada corrente de

baleiro, que produce un fluxo magnético variable de tipo sinusoidal. Cando

este fluxo variable corta aos condutores, indúcese unha forza electromotriz e1

(lei de Faraday) que, segundo a lei de Lenz, se opón a causa que o produce. O

seu valor instantáneo depende do número de voltas do devanado principal e da

variación do fluxo respecto ao tempo:

O valor eficaz da forza electromotriz é:

E1 = 4,44 f N1 max

E1: Valor eficaz da f.e.m inducida no primario (V).

f: Frecuencia d rede (Hz)

N1: Número de espiras do primario

max: Fluxo máximo (Wb)

Pódese facer o mesmo razoamento no devanado secundario, ao ser recorrido

este por un fluxo variable, tamén se inducirá unha f.e.m. Polo tanto:

O valor eficaz da forza electromotriz é:

E2 = 4,44 f N2 max

E2: Valor eficaz da f.e.m inducida no primario (V).

f: Frecuencia d rede (Hz)

N2: Número de espiras do primario

max: Fluxo máximo (Wb)

Esta forza electromotriz inducida no secundario (E2) é a tensión dispoñible nos

bornes do secundario do transformador.

E2 = V2

Se dividimos as dúas expresións das forzas electromotrices obtense a relación

de transformación (m):

Pódese observar que as forzas electromotrices son proporcionais ao número

de espiras. Neste caso, como o transformador é ideal e non ten perdas,

pódese dicir:

Exemplo

Determine a relación de transformación e a tensión do secundario dun

transformador monofásico ideal, si este ten 400 espiras no primario e 200

espiras no secundario e se conecta a unha tensión de 220 V de corrente

alterna.

A relación de transformación ven determinada por:

m = N1/N2 = 2

A tensión no secundario é:

m = V1/V2 V2 = 220 V/2 = 110 V

Podemos observar que neste caso o transformador reduce a tensión.

Por esta razón, o número de espiras do secundario é menor que o número de

espiras do primario.

Transformador real

En realidade os transformadores teñen perdas de potencia, ao igual que

tódalas máquinas. No transformador real débense ter en conta as seguintes

consideracións:

• O fluxo non é igual en todo o circuíto magnético, xa que hai unha dispersión

de fluxo no devanado primario e no devanado secundario. Estes fluxos

orixínanse polas correntes que percorren os devanados.

• A resistencia óhmica dos condutores dos devanados non pode considerarse

despreciable. Estas resistencias producen caídas de tensión nos devanados e

perdas por efecto Joule, que serán transformadas en calor.

• As perdas no ferro non poden obviarse, xa que ao someter o núcleo

construído con chapas magnéticas a un fluxo alterno prodúcense fenómenos

de histeresis e correntes parásitas. Estes fenómenos provocan unha perda de

potencia que se suma ás perdas por efecto Joule.

TRANSFORMADOR TRIFÁSICO