1. Màquines elèctriques

1. Una màquina elèctrica és el conjunt de mecanismes i dispositius capaços de produir, transformar o aprofitar l’energia elèctrica.  Quina diferència hi ha entre un generador i un motor?

Com ja hem dit una màquina elèctrica és un tipus de màquina capaç de produir energia elèctrica a partir d’energia mecànica i al inrevés. Això implica qualsevol procés de transformació; produir, transformar o aprofitar l’energia elèctrica a partir d’un mecanisme o dispositiu especial per cada procés.  Per això també tenim diferències entre els elements que constitueixen el grup de màquines elèctriques.

Dos dels elements són els generador elèctric i el motor elèctric. El primer dels dos, la màquina generadora d’energia elèctrica o simplement generador, el definim com a un convertidor electromecànic capaç de transformar l’energia bàsicament mecànica que rep en energia elèctrica que subministra directament a la xarxa gràcies els seus borns. Aquesta energia mecànica la reben a través del eix del rotor.  

En canvi el motor elèctric té un funcionament completament invers, transformant així l’energia elèctrica en energia mecànica, en les seves possibles formes. Els trobem el joguines, electrodomèstics... i la majoria dels elements que tenim a casa que estiguin connectats a un endoll i produeixin qualsevol tipus de treball mecànic. El motor elèctric el definim així com el convertidor electromecànic que transforma l’energia elèctrica que rep a través dels seus borns en energia mecànica que subministra a un aparell o objecte a través del eix del motor. 

2. Com és inherent en totes les transformacions d’energia, a les màquines elèctriques es produeixen pèrdues. El més interessant, però, és que aquestes són relativament petites comparades amb la majoria de màquines motrius, amb rendiments que es troben entre el 90 i el 99%. Explica en què consisteixen les pèrdues magnètiques, les elèctriques i les mecàniques.

És veritat que el rendiment és molt superior a altres màquines motrius, normalment es trobo al voltant del 90%. Els casos del rendiment de 99% és només en els transformadors de potències elevades. Com veiem estem parlat d’un màquina gairebé ideal, però com sempre hem dit de moment la màquina ideal encara no existeix.

Les pèrdues que es poden produir en una màquina elèctrica són de tres tipus diferents:

1. Pèrdues magnètiques: Aquests tipus de pèrdues també reben el nom de pèrdues de ferro. Es produeixen el circuit magnètic del dispositiu. Les causes més freqüents són la histèresi i els corrents paràsits o de Foucault.

Es produeix histèresi quan el sistema pot existir en varis estats estables per valors donats de les variables externes (o paràmetres de control), els quals poden assolir una variació lenta del paràmetres. Un exemple típic és la magnetització d’un material ferromagnètic per un camp magnètic extern, d’aquí que les pèrdues magnètiques també rebin el nom de pèrdues de ferro.

També tenim els anomenats corrents de Focault, que es produeixen quan un conductor travessa un camp magnètic variable, o a l’inrevés. El moviment relatiu provoca una circulació d’electrons, per tant corrent induïda, dintre del conductor. Així que s’acaben creant electroimants amb camps magnètics que s’oposen al efecte del camp magnètic aplicat, produint pèrdues. 

2. Pèrdues elèctriques: Aquest tipus de pèrdua rep el nom de pèrdua elèctrica o pèrdua del coure. Es produeixen en els circuits elèctrics degut a les seves connexions, bàsicament gràcies a l’efecte Joule.

L’efecte Joule és conegut com el fenomen irreversible per el qual si en un conductor i circula corrent elèctrica, part de l’energia cinètica dels electrons es transforma en calor. Això es deu als xocs que pateixen els àtoms del material conductor amb els electrons anomenats anteriorment, elevant la temperatura del conductor. D’aquí que les anomenen pèrdues de coure vist que aquest sol ser-ne el conductor.

3. Pèrdues mecàniques: Aquestes pèrdues són provocades per les forces de fricció, pels fregaments, bàsicament de l’eix amb els coixinets i, si escau, amb les escombretes. També es generen altres pèrdues mecàniques per la ventilació o refrigeració interior dels enrotllaments.

Com ja sabem les forces de fricció es defineix com la resistència que s’oposa a la rotació o al lliscament d’un cos, objecte o superfície per sobre d’un altre (en referim a qualsevol cos o objecte; superfície llisa, superfície rugosa, un llapis...) o també la definim com la força que apareix en la superfície de contacte de dos cossos quan s’intenta lliscar un sobre l’altre. A més és inversa a la normal (força que “aixafa” un cos contra el terra) i depèn d’un coeficient de fricció característic de cada superfície, cos u objecte.

3. Què s’entén per potencia nominal? I per força contraelectromotriu d’un motor?

Potència nominal:

La potència nominal d’un motor la definim com la potència  útil màxima, per tant amb un valor més gran, que pot proporcionar la màquina elèctrica de forma permanent sense que l’escalfament sobrepassi el valor límit a partir del qual es poden deteriorar els seus aïllaments. La potència nominal ve determinada pel fabricant i figura a la placa de característiques i propietats de la màquina. Només quan l’aparell treballa amb els valors exactes que s’indiquen a la placa es diu que té un règim nominal.

Vist que estem parlant d’un potència útil serà aquella desenvolupada per l’aparell i es trobarà en el seu eix. D’aquesta forma s’expressarà en Watts com a SI i en molt aparells s’expressa en cavalls (CV; recordem que 1CV=736W).

Força contraelectromotriu:

La força contraelectromotriu és característica dels motors elèctrics que té relació amb les variacions de flux. Així que al girar el rotor hi ha aquesta variació de flux, que alhora genera una FEM (Força ElectroMotriu), en els conductors del induït. Al aplicar la llei de Lenz ens resulta que s’oposa a la causa que la provoca sent així una força en sentit contrari a la tensió V_L aplicada en el motor.

Així podem dir que mesura en Volts l’energia per unitat de càrrega que consumeix el dispositiu elèctric. En els receptors s’oposa al pas del corrent elèctric en una inductància, reduint després de una quantitat de temps extremadament petita el seu consum.