TEMA 9– MÀQUINES ELÈCTRIQUES EN AC

  

Toni Rama

TEMA 9– MÀQUINES ELÈCTRIQUES EN AC

  

Curs 2012-13

  • Aparell capaç de transformar energia elèctrica en qualsevol altra forma d’energia, o viceversa.

  Energia elèctrica Energia

  Energia Energia

  MOTOR

  elèctrica Mecànica Energia

  Energia elèctrica

  GENERADOR

  Mecànica Energia Energia

  • Aparell capaç de transformar energia elèctrica en qualsevol altra forma d’energia, o viceversa.

  http://www.youtube.com/watch?v=I-gjZO5C3n8 http://www.youtube.com/watch?v=ij3PN_PSM_U

  • Màquines elèctriques és poden classificar segons dos criteris: 1.  Tipus de corrent amb què treballen.

2.  Si tenen parts mòbils o no.

  Energia elèctrica Energia

  Corrent AC Corrent CC

  Màquines Estàtiques

  Màquines Rotatives

  MOTOR

  • Aparell capaç de transformar energia elèctrica en qualsevol altra forma d’energia, o viceversa.

  http://www.youtube.com/watch?v=xwvlpIy1sak http://www.youtube.com/watch?v=Wu4g_qPBw9s http://www.youtube.com/watch?v=5IdezpclHQo http://www.youtube.com/watch?v=A2PQ8wxvoFo https://www.youtube.com/user/marderrrr?feature=watch ROTOR ESTATOR CONNEXIONAT

  (CAIXA DE BORNS) rotor (part mòbil) i l’estator (part estàtica).

  • Una màquina elèctrica rotativa es divideix en dos parts: el

  Màquines CC Màquines CA

  Motors i generadors Motors i generadors Motors i generadors síncrons asíncrons

Inductor Estator Rotor Estator

  

Induït Rotor Estator Rotor

  • Funcionament bàsic: Aquests motors basen el seu funcionament en l’obtenció d’un camp magnètic giratori.
  • Dins d’aquest camp giratori pot haver-hi un electroimant que gira a la mateixa velocitat que el camp à MOTOR SÍNCRON.
  • Dins del camp pot haver-hi també un bobinat sotmès a inducció, i per tant apareix una corrent elèctrica i per tant una força de Lorentz. El gir és més lent que el camp

  • Funcionament bàsic: Aquests motors basen el seu funcionament en l’obtenció d’un camp magnètic giratori.

  MOTORS CA SÍNCRONS ASÍNCRONS

  Camp magnètic rotatori n r

   = n n r

   < n

  • Funcionament bàsic: Aquests motors basen el seu funcionament en l’obtenció d’un camp magnètic giratori.

  MOTORS CA SÍNCRONS ASÍNCRONS

  Camp magnètic rotatori

  I e (CC)

  I i (AC) R o to r

  Est a to r

  Trifàsic Monofàsic n = n r n r

   < n

  Camp magnètic rotatori BIFÀSIC

MOTORS CA

  Camp magnètic rotatori MONOFÀSIC

MOTORS CA

  • Es tracta de crear un camp magnètic bifàsic a partir d’un únic corrent en alterna.

  Camp magnètic rotatori

MOTORS CA

  MONOFÀSIC •  Es tracta de crear un camp magnètic bifàsic a partir d’un únic corrent en alterna.

  • IDEA: Un condensador en paral.lel desfasa el corrent respecte la tensió 90º (CIRCUIT RC PARAL.LEL).

  https://sites.google.com/ site/tecnorlopez33/ tema4-maquinas- electricas/06-motores- de-ca

  Camp magnètic rotatori

MOTORS CA

  Camp magnètic rotatori http://www.edumedia-sciences.com/es/a499-motor-a-corriente-alterna

MOTORS CA

LINK INTERESSANT

  Camp magnètic rotatori

MOTORS CA

  (cmr)

  • Les màquines estudiades fins ara, les bobines tenies dos pols (N i S), i per aquest motiu s’anomenen BIPOLARS (p=1).
  • Les màquines AC reals tenen les seves bobines estatòriques distribuïdes en una mena de trenat a causa de la manca d’espai. La figura de sota mostra l’esquema d’una màquina trifàsica en la qual cadascuna de les tres bobines està muntada en 4 parts, respectant el desfasament de 120º.
  • Mitjançant aquesta distribució es creen quatre pols dins de l’estator i dos electroimants (per bobina) à QUADRIPOLARS (p=2).

  p=1 ω = ω elec cmr p=2

  ω = ω elec cmr

  2

  Camp magnètic rotatori cmr elec p

MOTORS CA

  ω ω ⋅ = Relació entre la velocitat de rotació del camp magnètic rotatori i la freqüència f (corrent CA). n p n elec

  ⋅ = [ ]

  1 min

  60

  = = p f p n n elec

  ⎫ ⎧

  60

  60

  2

  60 [ ]

  1 min

  60

  = p f n n és la velocitat de gir del camp magnètic rotatori també es

  Relació entre la velocitat de rotació del camp magnètic rotatori i la freqüència f (corrent CA).

  [ ]

  1 min

  60

  = p f n

  • Si la freqüència del corrent CA és constant, llavors la velocitat del motor AC és constant.
  • Alguns motors CA tenen dos posicions de funcionament (que el que fan és treballar amb un parell de pols 2:1).

  • Funcionament bàsic: Aquests motors basen el seu funcionament en l’obtenció d’un camp magnètic giratori.

  MOTORS CA SÍNCRONS ASÍNCRONS

  Camp magnètic rotatori

  I e (CC)

  I i (AC) R o to r

  Est a to r

  Trifàsic Monofàsic n = n mec elec p

  ω ω =

  • Funcionament bàsic: Necessita una corrent d’excitació CC (I

  SÍNCRONS

  I e (CC)

  I i (CA) R o to r

  Est a to r n r

   = n

  e

  ) que circuli pel bobinatge del rotor (inductor) i un corrent altern CA que circuli pel bobinat de l’estator per generar el camp magnètic giratori.

  [ ]

  1 min

  60

  = = p f n n r

  La velocitat de gir del camp magnètic

  ROTOR equival a un imant (B r ) que va seguint el CMR (B s ). mec elec p

  ω ω =

  • Funcionament bàsic: Necessita una corrent d’excitació CC (I

  SÍNCRONS

  I e (CC)

  I i (CA) R o to r

  Est a to r n r

   = n

  e

  ) que circuli pel bobinatge del rotor (inductor) i un corrent altern CA que circuli pel bobinat de l’estator per generar el camp magnètic giratori.

  Un altre manera de veure la rotació: ROTOR rep un parell motor degut a la Llei de Lorentz.

  τ = F ⋅ 2r = 2r I e

  ⋅ l B S

  [Nm] r: radi Rotor.

  B s : cmr l: longitud conductor mec elec p

  ω ω =

  • Corbes característiques: Motors síncrons són màquines de gir constant perquè s’alimenten amb la xarxa de distribució elèctrica, on la freqüència i la tensió són constants.
  • Si augmenta molt la magnètic (vibracions)!!! capaç de seguir el camp càrrega, el rotor NO és

      SÍNCRONS S i a u g m e n t a l a càrrega, augmenta el parell motor. r r to to a o

      R Est I (CC) e i I (CA)

      Si augmenta la càrrega, el motor necessita més potència ω = ω p elec mec d’alimentació per mantenir la velocitat constant!!! n = n r

      S i a u g m e n t a l a càrrega, augmenta el = 3

      P

      V I cos ρ f f

      

    Arrencada motors síncrons: El principal problema és el moment d’arrencada ja que al

    • començament el rotor està quiet i necessita un temps per enganxar amb la velocitat de

      sincronisme. Si B (cmr) va massa ràpid pot ser que no s’enganxi i provoqui vibracions

      s (canvis en el gir del rotor).

      Sol 1: Reduir la velocitat n del camp magnètic rotatori B i anar incrementant poc a poc. Necessitem equip elèctric que variï

      1.  s la freqüència i que reguli tensió V perquè no passi molta intensitat. f Sol 2: Utilitzar un motor extern per accelerar el rotor fins velocitat de sincronisme i després desconnectar. Això és fa amb el

      2.  motor síncron en buit.

    3. Sol 3 : Utilització de bobinatges esmorteïdors. Consisteix en muntar unes barres a les cares del rotor connectades en

       curtcircuit. Al començament no s’alimenta l’espires del rotor (I =0) però aquestes barres (conductors) indueixen una fem i al e mateix temps un camp elèctric B que comença a seguir al cmr (B ). Això accelera el rotor, mai pot arribar a la velocitat de w s sincronisme, i després s’alimenta el rotor (I ) perque arribi a la velocitat de sincronisme n. Quan passa això B desapareix. e w

      BALANÇ ENERGÈTIC D’UN MOTOR CA (genèric)

      Pèrdues elèctriques Motor Síncron

      2

    2 I R + I R W

      e r f s [ ] R : resistència del Rotor. r R : resistència de l’estator. s I : Intensitat del CA que circula per cadascuna de les f bobines de l’estator. I : Intensitat CC d’excitació del rotor. e

    • Funcionament bàsic: Aquests motors basen el seu funcionament en l’obtenció d’un camp

      magnètic giratori , però NO necessiten corrent d’excitació per posar-se en moviment. Treballa induint tensions i corrents al seu rotor.

      MOTORS AC SÍNCRONS ASÍNCRONS

      Camp magnètic rotatori

      I e (CC)

      I i (AC) R o to r

      Est a to r

      Trifàsic Monofàsic n = n r n r

       < n

    • Funcionament bàsic: Aquests motors basen el seu funcionament en l’obtenció d’un camp

      magnètic giratori , però NO necessiten corrent d’excitació per posar-se en moviment. Treballa induint tensions i corrents al seu rotor.

      Camp magnètic rotatori

    MOTORS AC

      Rotor ASÍNCRONS bobinat

      Trifàsic Monofàsic Rotor de gàbia d’esquirol n < n r

      Motor AC de rotor bobinat

      

    Motor AC de ROTOR de gàbia d’esquirol

    ε

      = B S

      ⋅ l v

    • Funcionament bàsic: Aquests motors basen el seu funcionament en l’obtenció d’un camp

      magnètic giratori , però NO necessiten corrent d’excitació per posar-se en moviment. Treballa induint tensions i corrents al seu rotor.

      Camp magnètic rotatori

    MOTORS AC

      Rotor ASÍNCRONS bobinat

      Trifàsic Monofàsic Rotor de gàbia d’esquirol n < n r

      ?

      60 −1 Velocitat de sincronisme o velocitat min n = f

      "# $% de gir del cmr p n

      Velocitat de lliscament = n n llisc r n n llisc rn s

      = ⋅100 = ⋅100 [%] Lliscament. n n

      60 −1

      = (1 n min − s)⋅ n = (1− s) ⋅ f r Velocitat del motor.

      #$ %& p

      

    Funcionament bàsic: Aquests motors basen el seu funcionament en l’obtenció d’un camp

    • magnètic giratori , però NO necessiten corrent d’excitació per posar-se en moviment. Treballa induint tensions i corrents al seu rotor. Aquesta tensió o corrent induïda tindrà una freqüència f que dependrà de la velocitat de gir del motor (rotor). rotor

      Si n =0 = f

      à s=1 à f

      r rotor estator

      [Hz]

      f = s f rotor estator

      Si n =n = 0 r à s=0 à f rotor

      Freqüència elèctrica de la xarxa

    • Corbes característiques: Es distingeixen 3 zones d’operació.

      Zona A: En augmentar la càrrega, la velocitat disminueix d’una manera lineal amb l’increment de càrrega. Qualsevol funcionament normal d’un motor inducció es troba en aquesta zona de la corba.

      Zona B: És una zona de transició on la velocitat de rotació té una disminució moderada i el motor perd el comportament lineal.

      Zona C: Es tracta del moment d’arrancada. En aquesta zona el parell motor disminueix en augmentar la càrrega.

      CONNEXIONAT (CAIXA DE BORNS)

    2 TIPUS DE CONNEXIONAT:

    • CONNEXIÓ EN ESTRELLA •  CONNEXIÓ EN TRIANGLE.
    • •  Conexión de las tres líneas (L1, L2, L3) depende de si hay neutro (N) o

      no.

      TENSIÓN SIMPLE (V S ) (tensión de fase V f ) TENSIÓN COMPUESTA (V C ) (tensión de linea )

      3 2 3 2 3 1 3 1 2 1 2 1 L L L L L L L L L L L L

      V V

      V V

      V V

      V V

      V      

         − = − =

      − = − −

      −

    • Sistema trifásico en TRIANGULO con 3 cargas iguales (sistema equilibrado):

      Z 1 =Z 2 =Z 3 =Z ρ

      Linea 3 L 2 L 1 L

      I I

      I I = = = Fase 1 L 3 L 3 L 2 L 2 L 1 L

      I I

      I I = = =

      − − −

    • Sistema trifásico en TRIANGULO con 3 cargas iguales (sistema equilibrado):

      Z 1 =Z 2 =Z 3 =Z ρ

      Linea 3 L 2 L 1 L

      I I

      I I = = = Fase 1 L 3 L 3 L 2 L 2 L 1 L

      I I

      I I = = =

      − − − Fase Linea 2 L 1 L 1 L

      I

      3 I

      I

      2 I 30 cos ⋅ =

      ⇒ = ° −

      Fase Linea

      I

      3 I ⋅ =

    • 2 TIPUS DE CONNEXIONAT:
      • CONNEXIÓ EN ESTRELLA •  CONNEXIÓ EN TRIANGLE.

      ⎭ ⎬ ⎫

      3 V c f f c

      V V

      3 V

      =

      = ⇒ ⋅

      ⎩ ⎨ ⎧

      3 P L f

      3 c f

      V I

      ρ ⋅ = cos

      POTENCIA ACTIVA

      I L

      3 I ⋅ =

      I

      V V = Fase Linea

      Tensió més petita!!! (parell motor més petit). Es fa servir al començament perquè

    • 2 TIPUS DE CONNEXIONAT:
      • CONNEXIÓ EN ESTRELLA •  CONNEXIÓ EN TRIANGLE.

      3 P L f

      V V

      3 V

      =

      = ⇒ ⋅

      ⎩ ⎨ ⎧

      ⎭ ⎬ ⎫

      V I

      c

      ρ ⋅ = cos

      POTENCIA ACTIVA

      3 I ⋅ =

      I

      Fase Linea

      V V =

      3 V c f f c

    • 2 TIPUS DE CONNEXIONAT:
    • CONNEXIÓ EN ESTRELLA
      • CONNEXIÓ EN TRIANGLE.

    3 C f

      ⎨ ⎧ = ⇒ ⋅

      I I Tensió més gran!!! (parell motor més gran). Es el tipus de connexió

      I I

      Linea f fase

      3

      =

      V I P ⎭ ⎬ ⎫ ⎩

      f c

      ρ ⋅ = cos

      POTENCIA CONSUMIDA PEL SISTEMA

      I F

      I I =

      3 Linea Fase

      3

      V V ⋅ =

    3 L

    • 2 TIPUS DE CONNEXIONAT:
    • CONNEXIÓ EN ESTRELLA
      • CONNEXIÓ EN TRIANGLE.

    3 C f

      f c

      V V ⋅ =

      3 Linea

      I POTENCIA CONSUMIDA PEL SISTEMA ρ ⋅ = cos

      V I P ⎭ ⎬ ⎫ ⎩

    3 L

      ⎨ ⎧ = ⇒ ⋅

      =

      3

      Linea f fase

      I I

      I I

    2 TIPUS DE CONNEXIONAT:

    • CONNEXIÓ EN ESTRELLA •  CONNEXIÓ EN TRIANGLE.
    • Placa del motor:

    • Placa del motor:

      JUNY 2012-11 (SÈRIE 1) opció B

      JUNY 2012-11 (SÈRIE 1) opció B

      JUNY 2010-11 (SÈRIE 1) OPCIÓ B

      JUNY 2010-11 (SÈRIE 1) OPCIÓ B

      SET 2010-11 (SÈRIE 2) OPCIÓ B P3

      SET 2010-11 (SÈRIE 2) OPCIÓ B P3

      JUNY 2009-10 (SÈRIE 1) OPCIÓ B P3

      JUNY 2009-10 (SÈRIE 1) OPCIÓ B P3

      JUNY 2009-10 (SÈRIE 4) OPCIÓ A P3

      JUNY 2009-10 (SÈRIE 1) OPCIÓ B P3

      SET 2009-10 (SÈRIE 2) OPCIÓ B P3

      SET 2009-10 (SÈRIE 2) OPCIÓ B P3

      GENERADOR

      N

      FEM INDUÏDA EN UNA ESPIRA (rotació) S B

        Δ ⋅ = ΔΦ L a S

      ⋅ =

      S L a

      w

      I t t

      ω ϕ ϕ ω

      = ⇒ =

      Superfície cte S t sen B t

      ω ω ⋅ ⋅ ⋅ − = Δ ΔΦ

      ϕ cos ⋅ ⋅

      = Φ S B

      Variació de l’angle S t B

      ω cos ⋅ ⋅ = Φ

      FEM INDUÏDA EN UNA ESPIRA (rotació) ΔΦ

      B S sen t = − ω ⋅ ⋅ ⋅ ω t

      Δ

      S a

      B S sen t ε ω ω

      = ⋅ ⋅ ⋅

      L

      w

      I N

      FEM INDUÏDA EN UNA BOBINA/SOLENOIDE DE N ESPIRES S t sen B N

      ω ω ε ⋅ ⋅ ⋅ ⋅ =

    • Hasta ahora, sólo hemos generado una corriente alterna, corriente

      alterna monofásica .

    • En la práctica se utilizan de manera simultánea diferentes corrientes alternas monofásicas, conjunto polifásico de corrientes. El sistema más empleado es el sistema trifásico.

Mostrar más