Embedded Files
Introducció
1. Antecedents històrics
2. Naturalesa del corrent elèctric
3. El circuit elèctric
4. Circuits de corrent continu
5. Lleis de Kirchhoff
6. Les màquines elèctriques
7. Generadors elèctrics
8. Motors elèctrics
9. Circuits electrònics analògics
2.NATURALESA DEL CORRENT ELÈCTRIC
Perquè puguem transmetre el corrent elèctric necessitem que es produeixi moviment de les càrregues elèctriques.
3.EL CIRCUIT ELÈCTRIC
Calcula la resistència total i les potències parcials i totals que desenvolupa el circuit de la figura_.pdf4.CIRCUITS DE CORRENT CONTINU
En un circuit elèctric de CC els receptors i els generadors poden estar connectats de diferents maneres en funció de les necessitats del circuit. Així, podem connectar diferents generadors per obtenir més intensitat de corrent o a l’inrevés, un mateix circuit pot alimentar diferents receptors.
Tot això ho veurem de seguida, però abans estudiarem el comportament d’aquests receptors en els circuits de CC, amb l’aplicació de la llei d’Ohm.
5.LLEIS DE KIRCHOFF
Les lleis de Kirchhoff no són ni més ni menys que enunciats que s'expliquen clarament segons el teorema de conservació d'energia.
Són les dues lleis més utilitzades en electrònica i enginyeria elèctrica, és la base de l'anàlisi de circuits i l'enginyeria elèctrica, els seus enunciats se'ls deu a Gustav Kirchhoff que mentre encara era estudiant l'any 1846.
Les lleis de Kirchhoff permeten resoldre de manera sistemàtica el càlcul de circuits elèctrics que no es podrien solucionar aplicant directament la llei d’Ohm.
Abans d’enunciar-les hem de definir què s’entén per nus, branca i malla en un circuit elèctric:
El nus és un punt del circuit on s’uneixen tres o més branques. En la figura, a i b són els nusos del circuit.
La branca és la part del circuit compresa entre dos nusos. En el circuit de la figura hi ha 3 branques.
La malla és cada conjunt de branques del circuit que formen un camí tancat, sense passar dues vegades per la mateixa branca ni pel mateix nus. En el circuit de la figura hi ha 3 malles: 1, 2 i 3.
A.Primera llei de Kirchhoff
És la llei dels nusos o dels corrents.
La suma algebraica dels corrents que arriben a un nus és igual a la suma algebraica dels corrents que surten del nus.
ΣI (que entren al nus) = ΣI (que surten del nus), o també ΣI = 0
Si apliquem la llei dels nusos al circuit:
Nus a,
Al nus b entren i en surten els mateixos corrents.
En la resolució d’aquest tipus de circuits és fonamental no equivocar la direcció de les malles, és a dir, agafar sempre el mateix criteri per a totes les malles que es puguin donar en el circuit.
En el cas de les intensitats passaria el mateix; en funció de si una intensitat és entrant o sortint, el criteri ha de ser el mateix per a totes.
En cas que alguna d’aquestes dues normes no es compleixi, les equacions resultants, un cop analitzat el circuit, sortiran errònies.
B.Segona llei de Kirchhoff
És la llei de les malles o de les tensions.
En tota malla o circuit tancat, la suma algebraica de totes les fem és igual a la suma algebraica de les caigues de tensió.
Per aplicar-la al circuit hem d’assignar un recorregut a cada una de les malles; en el circuit de la figura hem assignat el recorregut que va en el mateix sentit que les busques del rellotge a les tres malles.
Σε = ΣR · I
La malla 3 no cal, amb les equacions (1), (2) i (3) obtenim un sistema de tres equacions i tres incògnites suficient per resoldre les tres intensitats que recorren el circuit:
I1 – I2 + I3 = 0
ε1 + ε2 = I1 · (r1 + R1) + I2 · (R2 + r2)
ε2 + ε3 = I2 · (r2 + R2) + I3 · (r3 + R3)
Si, un cop resolt el sistema, algun dels resultats és negatiu, això significa que cal canviar el sentit del corrent corresponent, ja que és contrari al proposat.
C.Convenis per a la resolució de circuits mitjançant les lleis de Kirchhoff
En els nusos denominarem corrents positius els que entren al nus i negatius els que en surten.
En les malles, les intensitats que coincideixin amb el sentit de referència de la malla seran positives. Si van en sentit contrari, els assignarem el signe negatiu.
Per determinar el signe de la força electromotriu d’un generador, observarem si el sentit del corrent que produeix coincideix amb el sentit de referència pres per la malla; en cas afirmatiu, la considerarem positiva.
Normalment, com a sentit de referència de les malles es pren el sentit de gir de les busques del rellotge o sentit horari, que és el que utilitzem en l’exemple.
És molt important seguir aquests convenis per poder resoldre amb èxit un circuit elèctric mitjançant les lleis de Kirchhoff. Ara bé, la resposta a la pregunta de si es podria resoldre correctament el circuit aplicant criteris contraris als exposats seria afirmativa. Tot i que no és aconsellable, sempre que el criteri sigui el mateix tant per a les malles com per a les intensitats, el resultat podria ser correcte.
6.MÀQUINES ELÈCTRIQUES
Les màquines elèctriques es poden analitzar d’acord amb la seva constitució electromagnètica o d’acord amb el funcionament mecànic.
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.
Des del punt de vista del funcionament mecànic, es classifiquen en rotatives i estàtiques.
Les màquines rotatives són aquelles que tenen una part que gira sobre si mateixa, com és el cas dels motors i els generadors.
Entre les màquines estàtiques, o sense parts mòbils, cal assenyalar els transformadors.
6.1.Pèrdues d’energia a les màquines elèctriques
Com és inherent en totes les transformacions d’energia, a les màquines elèctriques es produeixen pèrdues d’energia, però la característica més interessant és que aquestes pèrdues 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 99 % en el cas dels transformadors de potències elevades.
Les pèrdues d’energia de les màquines elèctriques es classifiquen en magnètiques, elèctriques i mecàniques.
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.
6.2.Potència i règim de funcionament
Com ja saps, la potència és el treball desenvolupat en la unitat de temps. A les màquines elèctriques es tenen en compte els tipus de potència següents:
Potència absorbida o consumida (Pabs). És la que se subministra a la màquina perquè funcioni. A un generador se la proporciona la màquina motriu que el fa girar, als motors i els transformadors els la subministra la xarxa elèctrica d’alimentació.
Potència perduda (Pp). És la potència provocada per les pèrdues d’energia. En els transformadors seran les pèrdues magnètiques més les elèctriques, i en els generadors i els motors, com que són màquines rotatives, s’hi han de sumar, a més, les pèrdues mecàniques.
Potència útil (Pu). És la que subministra la màquina. En un generador es correspon amb la que subministra a la xarxa elèctrica per mitjà dels seus borns; en un motor, amb la que proporciona a l’eix, i en un transformador, amb la que subministra a la xarxa que alimenta. Les màquines elèctriques estan sotmeses a les exigències de la xarxa o dels mecanismes als quals subministren l’energia, de manera que poden treballar amb valors de potència útil molt variables. De tots aquests valors n’hi ha un que caracteritza la màquina: és la potència nominal.
Potència nominal. És la màxima potència útil que pot proporcionar de manera permanent sense que l’escalfament sobrepassi el valor límit a partir del qual es poden deteriorar els seus aïllaments. Aquesta potència la determina el fabricant, i és la que figura a la placa de característiques de la màquina. Quan la màquina treballa exactament amb els valors que indica la placa, es diu que funciona en règim nominal.
Quan la màquina treballa a potència nominal es diu que treballa a plena càrrega (PC), però pot treballar a potències diferents de la nominal, com ara a 1/2 de PC, a 3/4 de PC i, fins i tot, durant un temps no perjudicial per als seus bobinatges, a més càrrega que la nominal; llavors diem que treballa en sobrecàrrega.
Totes les màquines elèctriques porten col·locada en un lloc visible una placa de característiques on hi ha gravats, entre d’altres, els paràmetres de funcionament de la màquina.
7.GENERADORS ELÈCTRICS
Les dinamos són generadors de corrent continu. Com hem vist, van ser els primers generadors electromecànics que es van utilitzar. En l’actualitat s’utilitzen molt poc, ja que la producció i el transport d’energia elèctrica es fa en forma de corrent altern.
Una de les característiques de les dinamos és que són màquines reversibles, és a dir, poden funcionar com a generadors i com a motors. La funció de motor és la seva principal aplicació industrial, per la facilitat amb què es pot regular la velocitat de gir del seu rotor.
A.Constitució de la dinamo
La constitució de les màquines de corrent continu, generadors i motors, és idèntica, ja que el procés de conversió d’energia mecànica en energia elèctrica és reversible. Les seves parts fonamentals són l’estator i el rotor. L’espai que queda entre tots dos s’anomena entreferro.
L’estator és format pel conjunt d’elements que constitueixen l’estructura sobre la qual se sustenten els diferents òrgans de la màquina. Conté el sistema inductor destinat a produir el camp magnètic. És format pels pols inductors, el bobinatge inductor i la culata.
Els pols inductors o principals estan dissenyats per repartir uniformement el camp magnètic. A les màquines de poca potència poden ser imants permanents, però en la majoria són electroimants, en els quals distingim el nucli i l’expansió polar. Estan construïts normalment amb xapa magnètica apilada. El nombre de pols ha de ser parell i les màquines s’anomenen bipolars si en tenen dos, tetrapolars si en tenen quatre, hexapolars si en tenen sis, etc. A les màquines de mitjana i gran potència s’utilitzen pols auxiliars. Aquests milloren la commutació, en la qual es produeix la inversió del sentit del corrent a les espires, en passar de la influència d’un pol nord a un de sud, fet que provoca l’aparició de guspires entre el col·lector i les escombretes. Són de construcció semblant als principals, però més petits.
El bobinatge inductor són les bobines d’excitació dels pols principals, col·locades al voltant dels nuclis. Estan fetes amb conductors de coure o d’alumini recoberts per un vernís aïllant elèctric.
La culata serveix per tancar el circuit magnètic i per subjectar els pols, i està construïda amb material ferromagnètic, fosa o acer suau o dolç (amb un baix contingut de carboni).
El rotor és la part giratòria de la màquina, que pel fet d'estar sotmesa a variació de flux engendra la FEM induïda; per tant, conté el sistema induït, solidari a l’eix de la màquina. És format pel nucli de l’induït, el bobinatge de l’induït, el col·lector, les escombretes i els coixinets.
El nucli de l’induït és un cilindre construït amb xapa magnètica apilada per reduir les pèrdues de ferro. Disposa d’unes ranures longitudinals on es col·loquen les espires de l’enrotllament induït.
Rotor d'una dinamo
8.MOTORS ELÈCTRICS
9.CIRCUITS ELECTRÒNICS ANALÒGICS
El gran desenvolupament de l’electrònica en la indústria s’ha produït quan els components electrònics han pogut controlar potències elevades. Els avenços aconseguits en la fabricació de semiconductors, com ara díodes, transistors, tiristors i triacs, ho han fet possible. Paral·lelament, els circuits de control han evolucionat i han aconseguit prestacions millors. L’elevada escala d’integració de components discrets en circuits integrats, tant analògics com digitals, ha permès que els processos industrials puguin aprofitar-ne els avantatges.
Page updated
Report abuse