Korronte zuzeneko eta korronte alternoko makinen oinarriak
Makina elektrikoa elektromagnetismoaren printzipioen bidez energia mota batetik bestera bihurtzen duen gailu bat da. Ingeniaritza elektrikoan, bi makina-talde oinarrizkoenak eta maizen eztabaidatzen direnak korronte zuzeneko (DC) makinak eta korronte alternoko (AC) makinak dira. Biak motor gisa (energia elektrikoa energia mekaniko bihurtzen) edo sorgailu gisa (energia mekanikoa energia elektriko bihurtzen) funtziona dezakete. Artikulu honek korronte zuzeneko eta alternoko makinen arteko oinarrizko kontzeptuak, eraikuntza, funtzionamendu-printzipioak eta funtsezko desberdintasunak aztertzen ditu.
1. Makina elektrikoen oinarrizko kontzeptuak
Makina elektriko baten oinarrizko funtzionamendua bi printzipio nagusitan oinarritzen da:
1. Lorentz indarra: eremu magnetiko batean korrontea daraman eroale batek indar bat jasaten du. Hori da motor baten funtzionamenduaren oinarria, non indar magnetikoak errotorea biratzen duen momentua sortzen duen.
2. Indukzio elektromagnetikoa (Faradayren legea): eroale batean zeharreko fluxu magnetikoaren aldaketak tentsio induzitua sortzen du. Hau da sorgailu baten funtzionamenduaren oinarria, non errotazio mekanikoak tentsio elektrikoa sortzen duen.
Beste era batera esanda, makina elektriko batek eremu magnetikoen eta korronte elektrikoen elkarrekintza erabiltzen du mugimendua sortzeko, edo alderantziz, mugimendutik elektrizitatea sortzeko.
2. Korronte zuzeneko (DC) makina
2.1 Definizioa eta ezaugarriak
Korronte zuzeneko makina korronte zuzeneko (DC) iturri batekin funtzionatzen duen makina elektrikoa da. Makina hauek abiadura eta momentua erraz kontrolatzeagatik dira ezagunak. Hala ere, kommutadoreen eta eskuilen erabilerak mantentze-lanak korronte zuzeneko makina askorekin alderatuta zorrotzagoak egiten ditu.
2.2 Korronte zuzeneko makinaren eraikuntza nagusia
Oro har, korronte zuzeneko makina batek honako hauek ditu:
– Estatorea (zati geldikorra): eremu magnetiko bat sortzen du. Eremu magnetiko bat honako hauek sor dezakete:
– Eremu-harilketak estatoreko poloetan, edo
– Iman iraunkorrak (korronte zuzeneko motor txikietan).
– Errotorea/Armadura (biratzen ari den zatia): armadura-bobina dagoen tokia. Bobina honetan, tentsio eta korronte induzituaren fluxua gertatzen da, eta horrek momentua sortzen du.
– Kommutadorea: errotore-bobinan korrontearen noranzkoa alderantzikatzeko funtzioa duen eraztun-formako segmentudun osagaia, momentua noranzko berean mantentzeko.
– Eskuila: korrontea iturritik kommutadoreraino bideratzen duen eroalea (normalean karbonozkoa).
2.3 Korronte zuzeneko motorraren funtzionamendu-printzipioa
Korrontea errotore-bobinetatik estatorearen eremu magnetikoaren barruan igarotzen denean, Lorentz indar bat sortzen da eroaleetan. Indar honek momentua sortzen du, eta horrek errotorea biratzea eragiten du. Momentu-norabide koherente batekin biraketa mantentzeko, kommutadoreak korronte-konexioa alderantzikatzen du bira erdi bakoitzeko.
Korronte zuzeneko motor baten abiaduran eragina du:
– Aingura-tentsioaren magnitudea,
– Eremu-fluxuaren magnitudea,
– Karga mekanikoa.
Korronte zuzeneko motorraren abiaduraren kontrola erraz egin daiteke, adibidez sarrerako tentsioa aldatuz edo eremu-korrontea doituz.
2.4 Korronte zuzeneko sorgailuaren funtzionamendu-printzipioa
Errotorea iturri mekaniko batek (adibidez, turbina batek) biratzen duenean, errotorearen bobinek fluxu magnetikoa mozten dute, tentsio induzitu bat (AC, noski) sortuz. Ondoren, kommutadoreak emaitza zuzentzen du, eta horrek irteera DC bat sortzen du terminaletan.
2.5 Korronte zuzeneko makinen motak
Korronte zuzeneko makinak sailkatu ohi dira eremu-kitzikapenaren metodoaren arabera:
– Shunt: aingurarekiko paraleloan dagoen eremu-bobina (abiadura nahiko egonkorra).
– Seriea: eremu-bobina seriean armadurarekin (hasierako momentu handia).
– Konposatua: shunt eta seriearen konbinazioa (hasierako momentuaren eta egonkortasunaren arteko konpromisoa).
– Bereizitutako kitzikapena: eremu-iturri bereiziak (kontrol malguagoa).
3. Korronte alternoko (AC) makina
3.1 Definizioa eta ezaugarriak
Korronte alternoko makina bat korronte alternoarekin funtzionatzen duen makina elektriko bat da. Korronte alternoko makinak dira nagusi aplikazio industrialetan, sinpleagoak (batez ere indukzio-motorrak), sendoagoak eta mantentze-lan gutxiago behar dutelako. Korronte alternoko makinak, oro har, bi mota nagusitan sailkatzen dira: makina sinkronoak eta indukzio-makina (asinkronoak).
3.2 Korronte alternoko makinaren eraikuntza orokorra
Korronte alternoko makina baten oinarrizko osagaien artean estatorea eta errotorea daude:
– Estatorea: hiru faseko bobinak ditu (industria-aplikazio gehienetan) eremu magnetiko birakari bat sortzen dutenak.
– Errotorea: errotore mota motor motaren araberakoa da:
– Indukzio-motor batean, urtxintxa-kaiolazko errotorea eraztunekin zirkuitulaburtutako barra eroalez osatuta dago.
– Indukzio-motor batzuetako errotore kiribilduak kanpoko erresistentzia gehitzeko aukera ematen du.
– Makina sinkronoetan polo-errotorea (eremu-errotorea) (errotore-eremua korronte zuzena edo iman iraunkorrekoa izan daiteke).
3.3 Eremu magnetiko birakaria
Hiru faseko korronte alternoko makina baten ezaugarri berezia estatoreak eremu magnetiko birakari bat naturalki sortzeko duen gaitasuna da. Hiru faseko korrontea estatoreko bobinetatik igarotzen denean, eremu magnetikoa abiadura jakin batean biratzen da, abiadura sinkronoa deritzona:
\[
n_s = \frac{120 f}{P}
\]
Non:
– \(n_s \) = abiadura sinkronoa (rpm),
– \(f\) = maiztasuna (Hz),
– \(P\) = polo kopurua.
Abiadura honek korronte alternoko motor baten oinarrizko ezaugarriak zehazten ditu.
4. Indukzio-motorra (asinkronoa)
4.1 Funtzionamendu-printzipioa
Indukzio-motorrak indukzio elektromagnetikoaren printzipioan funtzionatzen dute. Biraka dabilen estatore-eremuak errotore-eroaleak zeharkatzen ditu, korronte induzitu bat sortuz errotorean. Errotore-korronte honek errotore-eremu magnetiko bat sortzen du, eta honek estatore-eremuarekin elkarreragiten du, momentua sortuz.
Indukzio-motor baten errotoreak ez du inoiz abiadura sinkronora iristen. Errotorearen abiaduraren eta abiadura sinkronoaren arteko aldeari irristatze deritzo:
\[
s = \frac{n_s – n_r}{n_s}
\]
Irristada beharrezkoa da indukzio-prozesua jarraitzeko.
4.2 Abantailak eta mugak
Nagusitasuna:
– Eraikuntza sinple eta sendoa,
– Mantentze-lan gutxi,
– Kostu nahiko baxua, industriarako egokia.
Mugak:
– Abiaduraren kontrola ez da hain erraza DC motor bat bezain gailu gehigarririk gabe,
– Abiarazte-korrontea handia izan daiteke (abiarazte-metodo edo inbertsore/VFD espezifiko bat behar du).
5. Makina sinkronoa
5.1 Funtzionamendu-printzipioa
Makina sinkrono batean, errotorea estatorearen biraketa-eremuaren abiadura berean biratzen da. Errotoreak eremu magnetiko bat du (korronte zuzenetik eraztun irristakorren edo iman iraunkorren bidez) estatorearen eremuarekin "blokeatzen" dena.
5.2 Aplikazioak
– Zentral elektrikoetako sorgailu sinkronoak (alternadoreak) dira aplikazio ohikoenak, tentsio alterno egonkorra sortzen baitute.
– Motor sinkronoak abiadura konstantea eta eraginkortasun handia behar duten aplikazioetarako erabiltzen dira, baita potentzia-faktore erregulagarria ere (batez ere kitzikapen-kontrolarekin).
6. Korronte zuzeneko eta korronte alternoko makinen konparaketa
1. Iturria eta Irteera
– Korronte zuzeneko makinak: sarrera/irteera korronte zuzenekoak, kommutadore bat erabiliz zuzenketa mekanikorako.
– Korronte alternoko makinak: sarrera/irteera korronte alternokoak, oro har kommutadorerik gabe (mota berezi batzuk izan ezik).
2. Mantentze-lanak
– DC: handiagoa eskuilen eta kommutadorearen higaduragatik.
– AC (indukzioa): baxua, ez duelako eskuilak erabiltzen (kaiola-errotoreetarako).
3. Abiaduraren kontrola
– DC: nahiko erraza eta ezarpen aukera zabala.
– AC: konplexuagoa, baina orain VFD/inbertsoreak asko laguntzen dio.
4. Aplikazioa
– DC: ibilgailu elektriko batzuk, momentu/abiadura kontrol zehatza behar duten ekipoak (diseinu batzuetan), trakzio-sistema zaharrak.
– Korronte alternoa: industria-motorrak, ponpak, haizagailuak, konpresoreak, energia-sorkuntza (sorgailu sinkronoak).
7. Ondorioa
Korronte zuzeneko eta korronte alternoko makinek eremu magnetikoen eta korronte elektrikoen elkarrekintza erabiltzen dute, baina momentua sortzeko moduan, eraikuntzan eta funtzionamendu-ezaugarrietan desberdinak dira. Korronte zuzeneko makinak kontrol errazean nabarmentzen dira, baina mantentze-lan gehiago behar dute kommutadoreari eta eskuilei esker. Korronte alternoko makinak, batez ere indukzio-motorrak, industriaren bizkarrezurra dira, sinpletasunagatik, iraunkortasunagatik eta ekonomiagatik. Bi makina moten oinarriak ulertzea ezinbesteko urratsa da gai aurreratuagoetan sakondu aurretik, hala nola inbertsoreekin abiadura-kontrola, unitate-sistemak eta makina elektrikoen errendimendua eta eraginkortasuna aztertzea.
Nahi baduzu, bertsio teknikoago bat (kontzeptu-marrazkiekin eta kalkulu-adibide sinpleekin) edo bertsio errazagoa egin dezaket lanbide-heziketako/batxilergoko ikasleentzat.
