Màquines de C.A.

Transformadors

 

El transformador trifàsic

Es pot dir que un transformador trifàsic està constituït per tres transformadors monofàsics muntats en un nucli magnètic comú. La constitució més comú és la de tres columnes, amb els enrotllaments primaris i secunda ris alternats o concèntrics.

L’estudi del transformador trifàsic es pot reduir al monofàsic a condició de treballar amb els valors per fase. 

En aquest sentit, caldrà tenir en compte que la fórmula de potència a aplicar, en buit, en càrrega o en curtcircuit, serà trifàsica i no monofàsica.

Designació 

Connexió en alta tensió: I, D. Z (estrella, triangle ziga-zaga). Connexió en baixa tensió (minúscules): i, d. z (estrella, triangle ziga-zaga). 

Índex horari
És el desfasament entre la tensió del primari i la corresponent tensió del secundari. L’angle es dóna per la posició de les agulles en l’esfera d’un rellotge, on cada hora representa 300 = 360 ° 112h.

 

El transformador trifàsic

Es pot dir que un transformador trifàsic està constituït per tres transformadors monofàsics muntats en un nucli magnètic comú.

La constitució més comú és la de tres columnes, amb els enrotllaments primaris i secundaris alternats o concèntrics.

L’estudi del transformador trifàsic es pot reduir al monofàsic a condició de treballar amb els valors per fase. En aquest sentit, caldrà tenir en compte que la fórmula de potència a aplicar, en buit, en càrrega o en curtcircuit, serà trifàsica i no monofàsica.

Designació 

Connexió en alta tensió (majúscules): I. D. Z (estrella, triangle i ziga-zaga).

Connexió en baixa tensió (minúscules): i, d. Z (estrella, triangle i ziga-zaga).

Índex horari

És el desfasament entre la tensió del primari i la corresponent tensió del secundari. L’angle es dóna per la posició de les agulles en l’esfera d’un rellotge, on cada hora representa 300=360°/12h.

 

Motor asíncron trifàsic
Si disposem un imant en forma de U. de manera que pugui girar mitjançant una maneta, i molt proper als pols un disc de material conductor no magnètic (coure o alumini), de manera que també pugui girar en fer girar el imant s’observa que el disc també gira, en la mateixa direcció gairebé a la mateixa velocitat.

El camp magnètic del imant, en girar, talla el disc induint forces electromotrius i creant corrents dins del disc. Els corrents creen el seu propi camp que interactua amb el del imant donant lloc a forces que provoquen el gir del disc.

En els motors asíncrons el camp giratori el produeix un sistema de corrent altern trifàsic, la velocitat de gir dependrà de la freqüència dels corrents i del nombre de parells de pols de què consti el motor.

La primera figura correspon al bobinatge d’una màquina d’un sol parell de pols. Cada cicle de xarxa el camp magnètic giratori dóna una volta completa. 

Per 50 Hz el camp dóna 50 voltes per segon. és a dir, gira a 3000 r.p.m.

La segona figura correspon al bobinatge d’una màquina de dos parells de pols. Cada cicle de xarxa el camp magnètic giratori gira cua. Per 50 Hz el camp dóna 50/2 voltes per segon, és a dir gira a 1500 rpm.

La velocitat de sincronisme, és submúltiple de 60 f. És a dir. de 3000 r.p.m. a Europa, ja que la freqüència és de 50 Hz

 

El estator del motor

És la part fixa del motor.

Està constituïda per una carcassa en la qual està fixada una corona de xapes d’acer de qualitat especial proveït des de ranures.

Unes bobines distribuïdes en tres fases es distribueixen en les ranures del interior de la circumferència. Cadascuna de les bobines de l’estator tenen dues meitats col·locades en posicions diametralment oposades respecte a l’eix.

Les bobines estan desfasades 1200 entre si i el sentit de enrotllament és tal que quan es connecta una alimentació trifàsica, produeixen un camp magnètic giratori que travessa el rotor fent-lo girar.


Els tres bobinats es poden connectar a l’alimentació trifàsica en connexió estrella o en triangle mitjançant la caixa de borns que reuneix-les seus extrems.

Els borns dels motors trifàsics estan marcats de forma, que l’ordre de la denominació.

U, V. W, coincideix amb el gir cap a la dreta.

Si es intercanvia la connexió de dos dels conductors, s’inverteix el sentit de gir.

L’altre extrem de les bobines X, Y. Z, quan és accessible, s’ordena en la seqüència Z, X, Y, de manera que facilita la connexió en estrella i triangle.

Els motors tenen a la caixa de connexions un cargol per connectar el conductor de protecció i així posar la seva carcassa metàl·lica a terra.

 

Rotor en curtcircuit

El rotor és la part mòbil del motor.

Està situat al interior de l’estator i constituït per un apilament de xapes d’acer formant un cilindre solidari amb l’arbre o eix del motor.

El rotor de gàbia d’esquirol té uns forats o ranures disposades a l’exterior del cilindre paral·lelament a l’eix Donat es col·loquen els conductors. Cada extrem d’aquests conductors es connecta a una corona metàl·lica. El conjunt té l’aspecte d’una gàbia d’esquirol, d’on prové el seu nom.

En determinats motors, la gàbia d’esquirol està enterament modelada. Se sol utilitzar alumini injectat a pressió. Les aletes de refrigeració fetes en la mateixa operació fan massa amb el rotor.

Aquests motors tenen un parell d’arrencada relativa ment petit i el corrent en la posada en tensió és molt superior a la intensitat nominal.

La velocitat del rotor és inferior a la del camp giratori i per això aquest tipus de motor es diu asíncron.

La diferència entre la velocitat del camp (de sincronisme) i la del rotor es denomina lliscament i és la que permet induir corrents en els conductors del rotor en ser tallats pel flux i generar parell de gir.

 

Rotor bobinat


El rotor bobinat
 consisteix en un conjunt e xapes apilades formant un cilindre entorn de l’eix o arbre del motor, dotades d’una sèrie de ranures paral·leles a aquest, en les quals 'allotgen unes bobines realitzades amb fil de coure.

Les bobines s’agrupen en tres conjunts o fases en el cas dels motors trifàsics i, en general, estan en curtcircuit en un dels seus extrems(connexió en estrella). mentre que els altres extrems s’uneixen a tres anells col·locats entorn de l’eix per a tal efecte.

Mitjançant unes escombretes rosant amb els anells es pot accedir elèctricament a les bobines del rotor des del estator.

El motiu d’aquest disseny és afegir resistència addicional a les bobines del rotor durant l’arrencada.

Aquestes resistències que es van eliminant a poc a poc. a mesura que el motor guanya velocitat, permeten arrencar suaument, amb un gran parell d’arrencada però limitant la corrent absorbida i guanyant velocitat de forma més progressiva.

Quan el motor arriba a la velocitat nominal, les resistències afegides s’eliminen totalment i, per evitar el desgast de les escombretes, el sistema sol.

Estar dotat d’un mecanisme que ajunta els anells en curtcircuit, i aixeca les escombretes.

El sistema és altament eficaç per arrencar amb grans càrregues connectades des del repòs, però resulta car de construir i de mantenir, sent menys robust i més propens a avaries que el rotor de gàbia. Per tot això sol quedar reservat a les aplicacions que requereixen un gran parell d’arrencada.

 

Potència i parell motor

Els motors asíncrons trifàsics, quan la seva utilitat és industrial solen ser de 230 V 0400 V. per a màquines de petita i mitjana potència, sent considerats de baixa tensió i no sobrepassen els 600 kW a 1500 rpm Els motors de major tensió, de 500, 3000, 5000, 10000 i 15000 V són dedicats per a grans potències i es consideren com a motors d’alta tensió.

En els motors es produeixen pèrdues en el coure, per efecte Joule, en els bobinats de lestator i del rotor, pèrdues en el ferro, per fluxos de dispersió i corrents Foucaul i també pèrdues per fregaments, ja que és una màquina rotativa i no estàtica com el transformador.

La potència que lliura el motor en l’eix serà l'absorbida de la xarxa menys la suma de tota la potència perduda. La relació entre la potència entregada i l'absorbida defineix el rendiment del motor.

Per obtenir el parell motor en Nm, es divideix la potència lliurada a l’eix en watts entre la velocitat de rotació en radiants per segon. Atès que la velocitat sol mesurar-se en rpm (voltes / minut) hauran passar-se a rad / s.

També és interessant saber que el parell motor augmenta amb el quadrat de la tensió aplicada i disminueix amb el quadrat de la freqüència de la xarxa.

 

Rotor bobinat
El rotor bobinat consisteix en un conjunt de xapes apilades formant un cilindre entorn de l’eix arbre del motor, dotades d’una sèrie de ranures paral·leles a aquest, en les quals s’allotgen unes bobines realitzades amb fil de coure.

Les bobines s’agrupen en tres conjunts o fases en el cas dels motors trifàsics i, en general, estan en curtcircuit en un dels seus extrems (connexió en estrella) mentre que els altres extrems s’uneix en a tres anells col·locats entorn de l’eix per a tal efecte.

Mitjançant unes escombretes rosant amb els anells es pot accedir elèctricament a les bobines del rotor es del estator.

El motiu d’aquest disseny és afegir resistència addicional a les bobines del rotor durant l’arrencada. Aquestes resistències que es van eliminant a poc a poc. a mesura que el motor guanya velocitat, permeten arrencar el seu augment, amb un gran parell d’arrencada, però limitant la corrent absorbida i guanyant velocitat de forma més progressiva.

Quan el motor arriba a la velocitat nominal, les resistències afegides s’eliminen totalment i, per evitar el desgast de les escombretes, el sistema sol estar dotat d’un mecanisme que ajunta els anells en curt circuit, i aixeca les escombretes.

El sistema és altament eficaç per arrencar amb grans càrregues connectades des del repòs, però resulta car de construir i de mantenir, sent menys robust i més propens a avaries que el rotor de gàbia. Per tot això sol quedar reservat a les aplicacions que requereixen un gran parell d’arrencada ..

 

Regulació de velocitat 

Els motors asíncrons giren a una velocitat propera a la de sincronisme (ns), és adir, a la velocitat amb què gira el camp de l’estator, amb una diferencia que ve donada pel lliscament (s).

Control per variació del nombre de parells de pols.

Es construeixen amb els bobinats del estator especials per poder variar el nombre de parells de pols. Els més coneguts són la connexió Dahlander i el motor de dues velocitats amb debanats separats. No permeten la regulació contínua, sinó que posseeix en dues o més velocitats diferents.

Control per variació de la tensió d’alimentació.

Atès que el parell motor varia amb el quadrat de la tensió, es pot modificar la corba de parell reduint la tensió d’alimentació. El nou punt d’equilibri entre el parell motor i el parell resistent té lloc a una velocitat menor en anar reduint la tensió (a costa d’anar augmentant el lliscament).

Control per variació de freqüència

Mitjançant un equip electrònic especial, es pot regular la freqüència d’alimentació.

S’aconsegueix així modificar la velocitat de sincronisme i amb ella la velocitat de gir del motor.

 

Control per variació de freqüència

Els moderns variadors de velocitat permeten l’arrencada i la inversió de gir de forma suau,segons uns paràmetres preestablerts. així com la regulació de velocitat entre amplis límits, des de zero fins a més de 10 vegades la velocitat nominal (0-500 Hz).

Si es disminueix la freqüència mantenint la tensió d’alimentació constant, apareixen consums molt alts amb pèssimes condicions de rendiment. Per evitar aquest fenomen se sol reduir simultàniament la tensió amb la freqüència realitzant l’operació a flux constant.

Manteninla relació V / f s’aconsegueix una família de corbes sensiblement paral·lel es mantenint el parell màxim constant.

A freqüènciei per tant tensions molt baixes la caiguda de tensió en la resistència de l’estator ja no és menyspreable enfront de la tensió d’alimentació i no convé mantenir la relació tensió/freqüència, augmentant la tensió en un 15% aproximadament.

Per sobrde la velocitat nominal, s’augmenta la freqüència a tensió constant, de manera que el motor funciona a potència constant mentre el parell es va reduint progressivament de forma exponencial.

REVISAR

 

 

Camp giratori

Camp giratori

 

Motors asíncrons trifàsics

Motors asíncrons trifàsics

 

L’estat del motor

L’estat del motor

 

Rotor en curtcircuit

Rotor en curtcircuit

 

Rotor bobinats

Rotor bobinats

 

Potència i par motor

Potència i par motor

 

Arran de motors

Arran de motors

 

Regulació de velocitat

Regulació de velocitat

 

Motor monofàsic

Motor monofàsic