Appunti Macchine Elettriche

Materiali conduttori

Corso di macchine elettriche

Resistività

I materiali conduttori presentano una bassa resistività. Nota bene: un aumento della temperatura comporta un maggiore degrado del materiale.

Paragone tra rami di alluminio e rame: il rame conduce meglio, mentre l'alluminio è più leggero ed economico.

Resistenza di una bobina (in corrente continua)

R_cc = N_c ρ_a l_a / S_a

• N_a = numero di conduttori in serie della bobina
• l_a = perimetro medio bobina
• S_a = sezione singolo conduttore

Perdite per effetto Joule (in bobine, corrente alternata)

P_ac = K_ac Σ_i=1ⁿ R_cci I²_i

K_ac > 1

Materiali conduttori

Resistività ρ = ρ₀ [1 + α₀ (T - T₀)]

• Materiale conduttore ⇒ bassa resistività
• NB: ↑ T ↑ ρ ⇒ maggiore degrado del materiale
• Materiali più usati: rame, alluminio

Il rame conduce meglio, l'alluminio è più leggero ed economico.

Effetto pelle

L'effetto pelle consiste nell'addensamento della corrente sulla superficie dovuto al campo magnetico generato dalla corrente stessa. Lo spessore di penetrazione dipende da geometria della sezione, conducibilità, permeabilità magnetica e frequenza. Maggiore rilevanza con dimensioni del conduttore > de (~ 1 cm per conduttori di rame a 50 Hz). Per questo si utilizzano più conduttori in parallelo.

Effetto di prossimità

L'effetto di prossimità è causato dal campo magnetico alternato dovuto alla presenza di altri conduttori circostanti. Ciò genera flussi magnetici mutualmente accoppiati e una distribuzione di corrente disuniforme, a causa delle diverse f.e.m. indotte nelle spire formate dai conduttori. Per limitare l'effetto, si utilizza:

• Conduttori con sezioni più piccole (minore campo)
• Conduttori vengono intrecciati per trasposizione o trefolatura per evitare zone di non uniformità
• Nell'avvolgimento ogni conduttore occupa mediamente la stessa posizione nella spira equivalente formata da un unico conduttore in posizione baricentrica

Materiali isolanti

• Resistenza elevata ρ = 10⁸ ÷ 10²⁰ Ω∙m
• Perdite trascurabili
• Solidi: polimeri, mica, carta
• Liquidi: oli
• Gassosi: aria, SF₆

Alta rigidità dielettrica → definisce spessore isolante.

Presenza di costanti dielettriche diverse, ad esempio a causa della presenza di aria in prossimità di isolanti solidi o liquidi. I problemi di ripartizione del campo elettrico con materiali isolanti accoppiati.

Classi termiche

Data la sensibilità della temperatura dei materiali isolanti, che tramite un uso prolungato ne causa il degrado, si definiscono delle classi termiche, ovvero temperature massime di esercizio per garantire un'adeguata durata dell'isolante.

La classe termica è determinata in base a:

• Condizioni di raffreddamento (tipo di raffreddamento, temperatura ambiente)
• Ciclo di servizio della macchina → potenza sovrabbondante rispetto alla potenza dissipata, tempo

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