Appunti di Costruzioni elettromeccaniche

1. Richiami sui materiali magnetici, conduttori e isolanti Materiali ferromagnetici dolci e duri, perdite per isteresi e per correnti parassite, lamierini in ferro-silicio standard e a cristalli orientati, cifra di perdita. Effetto pelle nei conduttori. Caratteristiche dei materiali isolanti (gassosi, liquidi, solidi), rigidità dielettrica, scariche parziali, classe termica. 2. Il trasformatore Richiami sul circuito equivalente dei trasformatori. Aspetti costruttivi dei trasformatori (nucleo, avvolgimenti, sistemi di raffreddamento). Formule per il dimensionamento dei trasformatori e criteri di progetto. Gruppi angolari. Transitorio di corto circuito nei trasformatori. Transitorio di inserzione a vuoto nei trasformatori. Calcolo della reattanza di dispersione di un avvolgimento cilindrico di un trasformatore. Calcolo delle forze di Lorentz nel caso di corto circuito in un trasformatore. Trasformatori a nucleo corazzato. Accessori dei trasformatori in olio. Collegamento zig-zag. 3. La macchina a collettore Aspetti costruttivi principali. Avvolgimenti di indotto embricati e ondulati. Campi magnetici prodotti dall’eccitazione e dalla reazione di indotto. Funzionamento della macchina a collettore come motore, forza elettromotrice indotta, espressione della coppia. Motore a eccitazione separata, motore a eccitazione serie, motore universale a collettore. La commutazione ideale e la commutazione con fenomeni induttivi: poli di commutazione. Saturazione per reazione di indotto: avvolgimenti compensatori. Altri aspetti costruttivi. Perdite nel motore a collettore. 4. Avvolgimenti in corrente alternata Tipologie di avvolgimenti di statore in corrente alternata: concentrici e embricati, a singolo e a doppio strato, a passo normale e raccorciato. Esempi di realizzazione di avvolgimenti di statore. Forze magnetomotrici prodotte dagli avvolgimenti. 5. La macchina asincrona Circuito equivalente del motore asincrono, bilancio di potenze, espressione della coppia elettromagnetica, caratteristica elettromeccanica, diagramma circolare. Caratteristiche costruttive e tipi di rotore. Funzionamento del rotore a doppia gabbia. Coppie parassite ed effetti del raccorciamento di passo. Normative sul rendimento e metodi per il suo miglioramento. Metodi di avviamento. Funzionamento del generatore asincrono e cenni sul DFIG. Dimensionamento di un motore asincrono trifase. 6. La macchina sincrona Funzionamento del generatore sincrono: a vuoto e in parallelo con la rete. Fenomeno della reazione di indotto. Espressione della coppia elettromagnetica. Regolazione della potenza attiva e reattiva. Aspetti costruttivi: rotore (liscio e a poli salienti), avvolgimenti smorzatori, nucleo e avvolgimenti di statore, sistemi di eccitazione, sistemi di raffreddamento. Problematiche e soluzioni costruttive dei generatori sincroni di elevata potenza. Determinazione dell’impedenza sincrona. Curve delle prestazioni limite (capability). Funzionamento del motore sincrono e curve a V. 7. Il motore sincrono a magneti permanenti (brushless) e altre macchine speciali Principi di funzionamento del motore brushless con tecnica di controllo trapezia (DC brushless) e sinusoidale (AC brushless). Curve di coppia. Coppie oscillanti di cogging e di ripple. Caratteristiche costruttive: rotore interno, esterno, assiale; a magneti superficiali (SPM) e interni (IPM); materiali per magneti permanenti. Principi di funzionamento delle macchine a riluttanza variabile e del motore a magneti permanenti alimentato da rete.