Fonaments d'Electrotècnia: Guia de Conceptes i Components

Magnituds Fonamentals del Corrent Altern (CA)

Període (T)

És el temps necessari per fer un cicle complet.

Freqüència (f)

És el nombre de cicles que es produeixen en un segon.

Valor instantani (v, i)

És el valor que pren el senyal a cada instant.

Valor màxim (Vmàx, Imàx)

És el valor instantani més gran de tots els d'un període.

Valor eficaç (V, I)

És el valor més important dels corrents alterns.

Tipus de Potència Elèctrica

Potència activa

És la suma aritmètica de les potències actives desenvolupades en cada fase.

Potència reactiva

És la suma aritmètica de les potències reactives de cada fase.

Potència aparent

És la suma algebraica de les potències de cada fase.

Potència absorbida

És la que se subministra a la màquina per al seu funcionament.

Potència perduda

És la potència provocada per les pèrdues d'energia.

Màquines Elèctriques

Les màquines elèctriques són dispositius que converteixen energia d'una forma a una altra.

• Generadors: transformen l'energia mecànica en energia elèctrica.
• Motors: transformen l'energia elèctrica en mecànica.
• Transformadors: varien les característiques de l'energia elèctrica per facilitar-ne el transport i la utilització.

La Dinamo: Parts i Funcionament

Una dinamo és un tipus de generador elèctric. Les seves parts principals són:

Estator

És el conjunt d'elements que constitueixen l'estructura fixa sobre la qual se sustenten els diferents òrgans de la màquina. Conté el sistema inductor destinat a produir el camp magnètic.

El sistema inductor

• Pols inductors: dissenyats per repartir uniformement el camp magnètic.
• Bobinatge inductor: són les bobines d'excitació dels pols principals, col·locades al voltant dels nuclis.
• Culata: serveix per tancar el circuit magnètic i per subjectar els pols.

Rotor

És la part giratòria de la màquina que, en estar sotmesa a la variació de flux, engendra la força electromotriu (FEM) induïda.

El sistema induït

• Nucli de l'induït: és un cilindre construït amb xapa magnètica apilada per reduir les pèrdues de ferro.
• Bobinatge induït: està format per espires o bobines de coure que es distribueixen uniformement per les ranures del nucli.
• Col·lector: és un cilindre solidari a l'eix de la màquina, format per segments de coure o delgues aïllades elèctricament entre elles.
• Escombretes: són peces que mantenen el contacte elèctric per fregament amb el col·lector per fer la commutació del corrent induït i extreure'l en forma de corrent continu (CC) cap al circuit exterior a través de la caixa de borns.
• Coixinets: serveixen de suport i faciliten el gir de l'eix de la màquina.

Diferència entre Motor Síncron i Asíncron

La diferència principal entre un motor síncron i asíncron rau en la velocitat del camp electromagnètic. Mentre que en el motor asíncron (o d'inducció), el rotor gira lleugerament més lentament que el camp rotant, en el motor síncron, el camp magnètic i el rotor tenen la mateixa velocitat de gir.

Quadres Elèctrics i Dispositius

Els quadres elèctrics tenen la finalitat d'agrupar els dispositius o aparells de comandament, protecció, mesura i senyalització de la instal·lació o del circuit elèctric.

Dispositius de Comandament

Són els encarregats de governar els circuits que parteixen del quadre i executar les funcions per a les quals han estat dissenyats.

• Seccionador: aparell de maniobra que permet obrir i tancar el circuit en buit, sense càrrega.
• Interruptor de càrrega: és un aparell d'accionament manual que permet obrir i tancar el circuit en condicions normals de càrrega.

Dispositius de Protecció i Riscos Elèctrics

Tenen la funció de detectar i eliminar les pertorbacions que provoca un funcionament anormal de la instal·lació o del circuit elèctric i que poden ser perilloses per a la instal·lació mateixa o per a l'usuari.

Riscos Comuns

• Sobreintensitats: produïdes per sobrecàrregues (en connectar més aparells dels que suporta el corrent contractat) o curtcircuits (quan la fase i el neutre entren en contacte).
• Contactes elèctrics: provoquen el pas del corrent a través del cos, i en funció del corrent del defecte poden ser greus i fins i tot causar la mort.
  • Contacte directe: contacte amb elements actius de la instal·lació.
  • Contacte indirecte: contacte amb una massa que ha entrat accidentalment en tensió.
• Sobretensions: augment de la tensió nominal de servei.
  • Permanents: són augments de tensió de desenes de volts causats per descompensacions del punt neutre.
  • Transitòries: són augments molt elevats i momentanis de la tensió, ocasionades per causes internes o externes a la xarxa.

Elements de Protecció

Fusible

Obre el circuit quan la intensitat que hi circula és superior a la intensitat nominal durant un cert temps.

Relé tèrmic

Protegeix el circuit de sobrecàrregues i les detecta per mitjà d'un dispositiu tèrmic.

Interruptor automàtic o disjuntor

Són dispositius de protecció que detecten i eliminen sobrecàrregues i curtcircuits.

Interruptor diferencial (ID)

Són els dispositius de protecció encarregats de detectar i eliminar els corrents de defecte a les instal·lacions.

Dispositius de protecció contra sobretensions (DPS)

Per a la protecció contra sobretensions permanents, s'utilitzen dispositius que, en detectar la sobretensió, generen un corrent de fuita a través del conductor de terra que provoca la desconnexió de l'ID. Per a la protecció contra sobretensions transitòries, els DPS són de tipus autovalvular, ja que en detectar l'anomalia desvien el pic de tensió a terra mitjançant el conductor de protecció.

Automatismes i Components de Control

El Contactor

És un dispositiu que es pot accionar a distància i des de diferents punts, capaç d'obrir i tancar el circuit de potència d'una màquina o d'un receptor.

• Electroimant: és l'òrgan que acciona el contactor.
• Pols o contactes principals: són els encarregats d'establir o interrompre el corrent del circuit de potència.
• Contactes auxiliars: són els destinats a efectuar seqüències de control com ara realimentació, temporització i senyalització.

Altres Dispositius de Control

Relés de comandament

S'encarreguen de rebre la informació, en forma de senyals elèctrics, dels elements auxiliars.

Temporitzadors

Són relés capaços de retardar i mantenir obert o tancat un bloc de contactes durant un temps programat per l'usuari, a partir d'un senyal de comandament.

Dispositius auxiliars de control

Són els encarregats d'assegurar el diàleg home-màquina. Els més utilitzats són els polsadors, els selectors, els detectors i els elements de senyalització òptics i acústics.

Sistema d'Engegada Estrella-Triangle

L'ús dels sistemes d'engegada estrella-triangle és per a màquines que arrenquen en buit o amb poca càrrega, per assegurar que el motor adquireixi una velocitat propera a la nominal abans d'efectuar el canvi d'estrella a triangle. Aquest és un sistema senzill i econòmic per limitar el corrent que consumeix el motor durant el procés de connexió a la xarxa.

Altres Components Elèctrics i Electrònics

Electrovàlvula

S'encarreguen de transformar els senyals elèctrics presents en la part de control en accions pneumàtiques a la zona de treball. Són elements actuadors amb les mateixes funcions que les vàlvules de vies pneumàtiques.

Rectificador

Són circuits destinats a convertir el corrent altern (CA) en un corrent continu (CC) polsant. Aquest dispositiu permet el pas del corrent en un únic sentit sense oferir resistència.

Díode

És un component de mida reduïda elaborat amb materials semiconductors com el silici. Presenta dos terminals anomenats ànode (+) i càtode (-).

Transistor

És el component fonamental en qualsevol circuit electrònic que realitza funcions d'amplificació o commutació. S'utilitza com un component bàsic de funcionament.