Màquines elèctriques

Són màquines que transformen l'energia mecànica de rotació en energia elèctrica contínua o alterna. Les dinamos generen corrent continu (CC) i els alternadors generen corrent altern (CA). Actualment les dinamos es fan servir molt poc.

Dinamo (generador de CC)

És una màquina elèctrica que transforma l'energia mecànica en elèctrica, generant un corrent polsant, que en la pràctica es considera continu. La tensió que genera depèn de la velocitat de rotació, per la qual cosa necessita una regulació.

Les dinamos tenen un rotor amb bobines (induït) i un estator també amb bobines (inductor), que es poden connectar de diferent formes:

- Excitació independent: no hi ha cap connexió entre l'inductor i l'induït. El circuit d'excitació de l'inductor està directament alimentat per la font exterior.

- Excitació en sèrie: l'inductor i l'induït estan connectats en sèrie.

- Excitació en derivació: l'inductor i l'induït estan connectats en paral·lel.

- Excitació mixta sèrie paral·lel.

La força electromotriu que genera una dinamo és calcula amb la fórmula:

ε = És la força electromotriu que es genera en volts.

Φ = Flux en Wb (Weber)

N = Nombre de conductors actius, cada espira en té dos

n = Freqüència de rotació en min^-1

p = Nombre de parells de pols de l’inductor

a = Nombre de parells de branques per circuit.

De la fórmula anterior es pot deduir que en les màquines de corrent continu el flux magnètic que reben és proporcional a la tensió que generen, així es compleix que:

El flux magnètic, representat per la lletra grega Φ , és una mesura de la quantitat de magnetisme. Al Sistema Internacional d'Unitats es mesura en Weber, i la unitat de la densitat de flux magnètic és el weber / metre quadrat, anomenada Tesla.

Dinamo o generador de CC (La mateixa màquina també pot servir com a motor)

Exercici d'exemple

El bobinatge de l'induït d'una dinamo tetrapolar està format amb 200 espires unides formant 4 branques en paral·lel. Si el flux magnètic que hi ha a cada pol és de 0,2 Wb. Determineu la força electromotriu generada a 250 min^-¹.

Diu que és tetrapolar, que vol dir que té 4 pols:

Com que són 4 branques, seran 2 parells de branques:

a=2

Finalment:

Alternadors (generador de CA)

L'alternador és un generador de corrent altern. Els generadors industrials solen ser trifàsics, i normalment són màquines síncrones que han de girar a una velocitat determinada denominada velocitat de sincronisme.

La velocitat de rotació de les màquines síncrones serà:

n = velocitat de sincronisme

f = freqüència de la fem induïda (habitualment f=50 Hz)

p = parells de pols de l’induït

La força electromotriu que generen els alternadors en el seu funcionament normal es pot calcular amb la fórmula:

ε = fem en volts

K = constant que ve donada, depèn de les característiques constructives

N = nombre d’espires per cada fase

Φ = Flux magnètic que rep per pol en Wb

f = Freqüència en Hz (50Hz a Europa)

Conjunt alternador turbina d'una central hidroelèctrica

Alternador en fase de muntatge

Exercici d'exemple

Un alternador trifàsic hexapolar disposa de N = 250 espires en sèrie per a cada fase. K val 0,95. El flux que té cada pol és Φ = 0,2 Wb i l'alternador està girant a 1000 min^-1. Determineu:

a) la freqüència

b) la fem que genera cada fase