Màquines Elèctriques: Tipus, Funcionament i Parts

Una màquina elèctrica és el conjunt de mecanismes i dispositius capaços de produir, transformar o aprofitar l'energia elèctrica. Es classifiquen en tres grans grups:

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

Pèrdues d'energia en les màquines elèctriques

Les pèrdues d'energia en les màquines elèctriques es classifiquen en:

• Pèrdues magnètiques: Anomenades pèrdues del ferro, es produeixen en el circuit magnètic.
• Pèrdues elèctriques: Es produeixen en els circuits elèctrics i en les seves connexions.
• Pèrdues mecàniques: Són provocades principalment pels fregaments i per la ventilació o refrigeració interior dels enrotllaments.

Generadors Elèctrics

Són convertidors electromecànics que transformen l'energia mecànica que reben per l'eix del rotor en energia elèctrica que subministren a la xarxa per mitjà dels seus borns.

Dinamos

Les dinamos són generadors de corrent continu. Una de les característiques de les dinamos és que són reversibles, és a dir, poden funcionar com a generadors i com a motors.

Parts d'una dinamo

Estator

L'estator és format pel conjunt d'elements que constitueixen l'estructura sobre la qual se sostenen els diferents òrgans de la màquina. Conté el sistema inductor destinat a produir el camp magnètic. Està format per:

• Pols inductors o principals: Estan dissenyats per repartir uniformement el camp magnètic. En la majoria de màquines solen ser electroimants.
• Bobinatge inductor: Són les bobines d'excitació dels pols principals, col·locades al voltant dels nuclis.
• La culata: Serveix per tancar el circuit magnètic i per subjectar els pols.

Rotor

El rotor és la part giratòria de la màquina que, en estar sotmesa a una variació de flux, engendra la FEM induïda. Per tant, conté el sistema induït solidari a l'eix de la màquina. Està format per:

• Nucli de l'induït: És un cilindre construït amb xapa magnètica apilada per reduir les pèrdues de ferro.
• Bobinatge induït: És format per espires de coure que es distribueixen uniformement per les ranures del nucli.
• El col·lector: És un cilindre solidari a l'eix de la màquina format per segments de coure aïllats elèctricament entre ells.
• Les escombretes: Són peces de carbó-grafit que mantenen el contacte elèctric per fregament amb el col·lector per fer la commutació del corrent induït i treure'l en forma de CC cap al circuit exterior.
• Coixinets: Serveixen de suport i permeten el gir de l'eix de la màquina.

Tipus d'excitació

• Màquines d'excitació independent: No hi ha connexió elèctrica entre l'inductor i l'induït. El circuit inductor és alimentat per una font de CC exterior.
• Màquines autoexcitades: L'inductor i l'induït estan connectats elèctricament.
• Excitació sèrie: L'induït i l'inductor estan connectats en sèrie; la intensitat que hi circula és la mateixa.
• Excitació derivació: L'induït i l'inductor estan connectats en paral·lel.
• Excitació composta: L'enrotllament inductor està dividit en dues parts, una connectada en sèrie amb l'induït i l'altra en derivació.

Alternadors

Són generadors de corrent altern. Encara que a la pràctica poden ser de qualsevol nombre de fases, sovint els generadors industrials són trifàsics.

La majoria d'alternadors són màquines de CA síncrones, que són les que giren a la velocitat de sincronisme. Aquesta velocitat està relacionada amb el nombre de pols que té la màquina i la freqüència de la FEM generada per l'equació següent:

Parts d'un alternador

Estator

L'estator és la part fixa. Està format per una carcassa metàl·lica que serveix de suport als diferents òrgans i constitueix l'estructura de la màquina.

Rotor

El rotor, o part mòbil, està situat a l'exterior de l'estator. Conté el sistema inductor i els anells de fregament solidaris a l'eix de la màquina, mitjançant els quals s'alimenta el sistema inductor.

• Rotor de pols sortits o roda polar: S'utilitza en els alternadors multipolars accionats per turbines hidràuliques o per motors tèrmics, que són màquines amb una velocitat relativament lenta.
• Rotor de pols llisos: Utilitzats en màquines bipolars, tetrapolars i hexapolars, que giren a 3000, 1500 i 1000 min^-1.

Motors Elèctrics

Són convertidors electromecànics que transformen l'energia elèctrica que reben a través dels seus borns en energia mecànica que subministren a través de l'eix del motor.

De la mateixa manera que els generadors, es fonamenten en el fenomen de la inducció i, més concretament, en la seva reversibilitat.

Motors de CC

Transformen l'energia elèctrica que reben a través dels borns en forma de CC en energia mecànica que cedeixen a l'eix.

Motors de CA

Transformen l'energia que reben a través dels seus borns en forma de CA en energia mecànica que cedeixen a l'eix.

D'acord amb el principi de funcionament, es classifiquen en:

• Motors síncrons: Es fonamenten en la reversibilitat de l'alternador i es caracteritzen perquè el seu rotor gira a la velocitat de sincronisme.
• Motors asíncrons: Es fonamenten en l'acció que exerceix el camp magnètic giratori de l'estator sobre els corrents que indueix en el rotor. Per aquest motiu, s'anomenen motors d'inducció.

Motors d'inducció trifàsics

El motor asíncron trifàsic és el motor industrial per excel·lència. La seva construcció senzilla i robusta, l'absència de col·lector i l'adaptació del seu funcionament a les variacions brusques de càrrega, mantenint una velocitat pràcticament constant, fan del motor asíncron una màquina de funcionament molt fiable.

Parts d'un motor d'inducció trifàsic

Estator

Conté el sistema inductor:

• La carcassa: Té la funció de servir de suport als diferents òrgans i constitueix l'estructura del motor.
• Nucli magnètic: Va fixat a la carcassa i està construït amb un paquet de xapa magnètica en forma de corona i amb ranures longitudinals per allotjar-hi el bobinatge inductor.