Màquines elèctriques

Es farà una classificació molt breu però precisa dels principals tipus de motors elèctrics, donada la gran importància que tenen actualment.

Motors de corrent continu

Els motors de corrent continu s’utilitzen per a màquines petites, per exemple tots els vehicles fan servir aquests tipus de motors per diferents tasques: eixuga parabrises, pujar i baixar vidres, motors calefacció, etc.

Aquests petits motors elèctrics tenen l'estator format per imants permanents en comptes de bobines.

En canvi, si calen motors més potents cal que l'estator estigui bobinat. A continuació podeu veure el motor de corrent continu típic per posar els motors dels vehicles en funcionament, és el motor d'engegada:

El sentit de gir depèn de com es fa la connexió del positiu i negatiu. Per invertir el sentit de gir només cal invertir el sentit del corrent aplicat.

Força contraelectromotriu

Quan un motor de CC gira, actua també com a generador, per tant, crea una tensió que s'oposa a la d'alimentació que rep, aquesta tensió s'anomena força contraelectromotriu (fcem), i és proporcional a la velocitat de rotació:

Parell d'un motor de CC

M: parell en Nm

K: constant que depèn de les característiques de la màquina

φ: flux de cada pol en Wb

I: intensitat que passa per l'induït en A

Intensitat absorbida per un motor de CC

La intensitat que absorbeix un motor de CC es calcula aplicant la llei ohm generalitzada , que en aquest cas quedarà:

- I_ab, intensitat absorbida

- V_L, tensió de línia en volts

- ε', fcem en volts

- 2 vols (sempre es posa que es perden dos vols pel contacte de les escombretes)

- R_t resistència del conjunt del motor elèctric, que dependrà de com estigui la

bobina inductora (excitació) amb respecta la induïda.

Si estan en sèrie R_t= R_induït+R_excitació

I si estan en paral·lel caldrà sumar les inverses.

Veiem com es calculen les intensitats, potències i parell en un motor de corrent continua sobre l'exemple següent.

Exercici d'exemple

Un motor de corrent continu (CC) té l'excitació en sèrie i la resistència total val R = 1 ohm i si està girant una velocitat de 1250 min^-1 genera una força contraelectromotriu (fcem) de 180 volts. Si es connecta a una tensió de 220 V, determineu:

a) Intensitat absorbida

b) Potència absorbida

Per un motor bifàsic serà, la següent (recordeu que per un motor trifàsic caldria multiplicar per arrel de tres).

c) Potència interna

És la potència que queda al motor i que es transforma en energia mecànica a l'exterior.

d) Suposant que les pèrdues mecàniques són de 300 W determineu la potència útil i el rendiment.

e) Parell generat pel motor

1r passem la velocitat a rad/s

Recordeu la fórmula

Motors de corrent altern

Motors síncrons

La seva velocitat de rotació és constant i ve determinada per la freqüència de la tensió de la xarxa a que estigui connectat i pel nombre de parells de pols del motor, aquesta velocitat de rotació és la velocitat de sincronia.

Són màquines que poden servir com a motors o com a alternadors. Giren a la velocitat síncrona donada per la fórmula:

- p = parells de pols

- f = freqüència del corrent, normalment 50 Hz.

Són motors que en principi costen de començar a fer girar fins que no agafen la velocitat síncrona, ja que tenen molt poc parell d’arrencada. Són per usos molt limitats donat que són cars. Es fan servir per màquines-eina (torns, fresadores, etc.) i automatismes de posicionament.

Motors asíncrons o d’inducció

Són els motors més utilitzats amb diferència. Fonamenten el seu funcionament en l’acció que exerceix el camp magnètic giratori de l’estator sobre els corrents que indueix sobre el rotor. Normalment s’anomenen motors d’inducció, i la seva velocitat de rotació és lleugerament inferior a la síncrona.

El fet que el rotor giri més lent que el camp magnètic és el que dona el parell perquè el motor giri. Si girés a la velocitat de sincronisme, no hi hauria variació del camp magnètic sobre el rotor i no hi hauria corrent induïda per la qual cosa tampoc hi hauria parell que l’impulsés a moure’s.

Els motor asíncron monofàsic i trifàsic són els motors industrials més habituals. La seva estructura és robusta i senzilla, no tenen col·lector i s’adapten molt bé a les variacions brusques de càrrega mantenint pràcticament constant la seva velocitat de rotació. Com es pot veure, l’induït és molt senzill, no té bobines visibles i no té escombretes. Ens tracta d'un rotor en gàbia d’esquirol, això significa que les bobines induïdes estant en el propi conjunt formant un circuit elèctric en curtcircuit.

Circuit elèctric                                  rotor          estator amb el bobinat inductor

Esquema seccionat d'un motor en gàbia esquirol