Màquines Elèctriques: Tipus, Pèrdues i Potència

Definim màquina elèctrica com el conjunt de mecanismes i dispositius capaços de produir, transformar o aprofitar l’energia elèctrica.

• 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.

Segons la seva constitució electromagnètica, totes les màquines elèctriques disposen d’un circuit magnètic heterogeni i de dos circuits elèctrics: el d’excitació o inductor, que és el que crea el camp magnètic principal, i el de l’induït, sotmès al camp magnètic creat per l’inductor.

Pèrdues d'Energia a les Màquines Elèctriques

Aquestes són relativament petites comparades amb la majoria de màquines motrius, com ara els motors tèrmics, i s’obtenen rendiments elevats, de prop del 90% i, fins i tot, superiors al 90% en el cas dels transformadors de potències elevades.

• Les pèrdues magnètiques, anomenades pèrdues del ferro, es produeixen en el circuit magnètic, a causa del cicle d'histèresi i dels corrents paràsits o de Foucault.

• Les pèrdues elèctriques o pèrdues del coure es produeixen en els circuits elèctrics i en les seves connexions, bàsicament a causa de l’efecte Joule.

• Les pèrdues mecàniques són provocades principalment pels fregaments (de l’eix amb els coixinets i, si escau, amb les escombretes), i per la ventilació o refrigeració interior dels enrotllaments.

Potència i Règim de Funcionament

La potència és el treball desenvolupat en la unitat de temps. A les màquines elèctriques es tenen en compte els tipus de potència següents:

• Absorbida o consumida: La que subministra la màquina per al seu funcionament. En els motors o transformadors els la subministra la xarxa elèctrica.

• Perduda: És la provocada per les pèrdues d’energia. En els transformadors seran les pèrdues magnètiques més les elèctriques.

• Útil: La que subministra la màquina. En un generador és la que subministra a la xarxa elèctrica per mitjà dels seus borns.

• Nominal: Màxima potència útil que pot proporcionar de manera permanent sense que l’escalfament passi el valor límit.

Quan la màquina treballa a potència nominal es diu que treballa a plena càrrega, però pot treballar amb potències superiors a la nominal. Llavors treballa en sobrecàrrega.

Generadors Elèctrics

Les màquines generadores d’energia elèctrica o generadors 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.

D’acord amb el tipus d’energia elèctrica que subministren, es classifiquen en dinamos o generadors de corrent continu i alternadors o generadors de corrent altern.

Principi de Funcionament

El principi de funcionament d’aquests convertidors electromecànics es fonamenta en el fenomen d’inducció electromagnètica:

Tot conductor que es mou dins d’un camp magnètic tallant les línies de força engendra una FEM induïda.

A la pràctica, se substitueixen els anells de connexió per dos semicilindres, aïllats elèctricament i que giren solidaris a l’espira, formant el col·lector. D’aquesta manera, en canviar el sentit de la FEM induïda també es permuta la connexió entre els semicilindres i les escombretes, obtenint un corrent polsant a la sortida que sempre té el mateix sentit.