Elettrotecnica - riassunto teoria

Lo statore

Lo statore è formato da una carcassa (di ghisa o lamiera saldata) e da un pacco statorico nelle cui cave è alloggiato l'avvolgimento trifase destinato alla generazione del campo. Il pacco statorico è costituito da lamiere sovrapposte di piccolo spessore in modo da limitare le correnti parassite. Nelle grosse macchine, come gli alternatori, il pacco statorico è suddiviso in pacchi elementari in modo tale da agevolare le manovre di raffreddamento. Le cave statoriche sono solitamente di tipo semichiuso, per limitare i flussi dispersi (possono essere anche a gabbia semplice, a doppia gabbia, a barre alte). Le spire di ciascuna fase sono disposte in modo tale da produrre un'induzione di traferro di andamento radiale. La carcassa porta una base isolante con i quali morsetti vengono collegati i terminali delle fasi costituenti l'avvolgimento.

Cenni costruttivi: rotore

Il rotore è costituito da un albero e da un pacco rotorico. Nelle macchine a...

potenzaminore il pacco di lamiere viene montato direttamente sull'albero, mentre per quellea potenza superiore il pacco lamellare rotorico costituito da corone circolare, vienesistemato su una superficie cilindrica collegata alle nervature dell'albero. Le cave sonodi tipo chiuso o semichiuso e sistemate nella periferia del pacco rotorico. Al fine diagevolare l'avviamento e rendere il motore più silenzioso in marcia, il pacco rotoricoha le cave inclinate rispetto all'asse. Per quanto riguarda gli avvolgimenti distinguiamomotore a gabbia e motore con rotore avvolto7.

Motore a gabbia

Molto diffusi sono i motori il cui rotore è configurato a gabbia di scoiattolo: nelle caverotoriche sono alloggiate delle sbarre di rame che vengono salvate a due anelli,anch'essi di rame, in modo da formare una gabbia, formando così un circuito chiusopercorso da correnti indotte dal campo rotante. L'impiego del rotore a gabbia sempliceavviene

stesso passo polare dell'avvolgimento di statore. L'avvolgimento di rotore è collegato a stella con i terminali facenti capo a tre anelli conduttori sistemati sull'albero e isolati sia da questo che tra loro. Sugli anelli poggiano delle spazzole, mediante le quali le fasi dell'avvolgimento rotorico sono collegate a resistenze esterne, variabili, solitamente collegate a stella che costituiscono il reostato di avviamento, il cui scopo è quello si abbassare le correnti e aumentare la coppia allo spunto. La manovra di avviamento si esegue con tutte le resistenze inserite, che poi vengono gradualmente espulse.

Tutte le macchine asincrone sono dotate di una targa che presenta tutte le caratteristiche e le informazioni importante necessarie alla loro scelta e al loro utilizzo. Il modo particolare importante è la temperatura di funzionamento, sia per il rendimento della macchina sia per la sua durata di vita. Utilizzato nell'industria chimica, dell'alimentazione,

metallurgiche, può essere utilizzato nei sistemi di tipo ascensore, montacarichi, nastri trasportatori, e nelle auto elettriche (funzionano con una trasmissione a singola velocità).

Macchine sincrone trifase:

1. Principio di funzionamento

   Lo statore è di materiale ferromagnetico laminato, nelle cui cave sono alloggiati avvolgimenti trifase nei quali scorre corrente alternata; mentre il rotore è realizzato in materiale ferromagnetico massiccio ed è sede di un avvolgimento di eccitazione percorso da corrente continua. Si possono avere due diversi tipi di rotore: a poli lisci, le cave sono distribuite lungo la periferia del rotore, il traferro ha spessore costante dunque risulta essere un circuito isotropo; a poli salienti, in cui le bobine sono disposte lungo i corpi dei poli, in questo caso il traferro non ha spessore costante, quindi parliamo di circuito anisotropo (asse polare in cui il traferro è minimo e asse interpolare in cui il traferro è

1. L'avvolgimento di eccitazione (rotore) percorso da corrente continua crea un campo magnetico (il flusso esce dal polo nord ed entra nel polo sud)
2. Quando si pone in eccitazione il rotore con velocità ω il campo di eccitazione, solidale al rotore, ruota al traferro con la stessa velocità
3. Il campo rotante così prodotto induce nell'avvolgimento trifase dello statore un sistema trifase di fem che diventa sede di tre correnti di pulsazione ω che produce un campo rotante statorico
4. Il campo rotorico e quello statorico ruotano alla stessa velocità (quella del rotore) per questo le macchine vengono chiamate sincrone. Dunque il campo statorico risulta immobile rispetto a quello rotorico, quindi il campo al traferro risultante ruota con velocità rotorica.

Una macchina sincrona che funziona come generatore viene chiamata alternatore. Per alimentare l'avvolgimento viene utilizzata una sorgente esterna collegata mediante un collettore ad anelli. Per potenze elevate, vengono impiegate delle eccitatrici senza spazzole, costituite da una macchina sincrona con circuito di eccitazione sullo statore e circuito di armatura sull'albero del rotore. L'uscita trifase del generatore di eccitazione viene raddrizzata da un circuito chiamato raddrizzatore trifase, montato anch'esso sull'albero. La corrente continua viene inviata quindi al circuito di eccitazione principale, che poi viene sostituito da magneti permanenti, rendendo il sistema indipendente da qualsiasi sorgente elettrica esterna.

2. Parallelo con una rete trifase di potenza infinita

Per poter effettuare un collegamento con una rete di potenza infinita, è necessario portare la macchina ad un regime di funzionamento a vuoto in cui le

1. La macchina viene portata in rotazione dal motore M, ad una velocità di disincronismo imposta dalla frequenza di rete (n=60f/p)
2. Viene alimentato l'avvolgimento di eccitazione con una tensione tale da ottenere ai morsetti della macchina un sistema di tensioni concatenate aventi lo stesso valore efficace e di frequenza di quelle di rete (ancora a vuoto)
3. Si agisce sul motore in modo da regolare la velocità, per far si che anche le fasi coincidano, viene chiuso l'interruttore T e il parallelo è concluso. Al termine del parallelo la macchina è collegata alla rete ma funziona ancora a vuoto, a partire da questa condizione la macchina può funzionare come generatore, motore, o compensatore sincrono.

L'energia elettrica assorbita dallo statore in un certo periodo di tempo viene trasformata in energia meccanica erogata all'albero. La coppia elettromagnetica risulta importante perché è in funzione dell'angolo di carico, definito dallo sfasamento della tensione a vuoto Eo e la tensione V4.

Funzionamento da motore (angolo carico negativo): Tramite il motore viene fornita energia meccanica al rotore. Ha inizio un transitorio in cui il rotore tende ad accelerare e le fem indotte nelle fasi di statore risultano sfasate rispetto alle tensioni di rete. Circola corrente nello statore e si crea una coppia elettromagnetica. La condizione di regime viene raggiunta quando la coppia elettromagnetica resistente uguaglia la coppia meccanica fornita al rotore. La potenza meccanica assorbita dall'albero viene trasformata in potenza elettrica erogata alla rete.

Funzionamento da generatore (angolo carico positivo): Il motore viene sostituito con un carico meccanico, al rotore...

della macchina viene applicata una coppia resistente, ha inizio un transitorio in cui il rotore tende a rallentare e le fem indotte nelle fasi di statore si sfasano rispetto alle tensioni di rete, circola corrente nello statore e si crea una coppia motrice. La condizione di regime viene raggiunta quando la coppia elettromagnetica motrice uguaglia quella resistente al rotore. La potenza elettrica assorbita dalla rete viene trasformata in potenza meccanica erogata all'albero (necessità di un motore di lancio).

6. Funzionamento da compensatore sincrono (angolo carico nullo)

Viene scambiata solo potenza reattiva. Se agendo sulla tensione di alimentazione dell'avvolgimento di eccitazione, si aumenta la corrente di eccitazione della macchina, ha inizio un transitorio in cui le fem indotte nelle fasi di statore, pur restando in fase con le tensioni di rete, le superano in valore efficace. Si genera quindi una corrente di armatura. Se la corrente di armatura è in quadratura

ritardo rispetto a Eo e V, la potenza elettrica erogata è una potenza reattiva puramente induttiva: tutto avviene come se la macchina sincrona fosse un condensatore rotante. Se la corrente di armatura è in quadratura anticipo rispetto a Eo e V, allora la potenza erogata è reattiva puramente capacitativa: la macchina sincrona è approssimata ad un induttore rotante

Macchine in corrente continua:

1. Principio di funzionamento

   L'anello di Pacinotti descrive il funzionamento di una macchina a corrente continua: l'avvolgimento di eccitazione (dello statore) è avvolto sui poli nord e sud e ne determinano il flusso. L'avvolgimento di indotto (del rotore) è chiuso (spira). In statore e rotore circola corrente continua (nome della macchina). Attraverso delle spazzole, che poggiano sul rotore, viene fornita una tensione V alla macchina che fa si che il meccanismo entri in funzione, in diversi modi a seconda del tipo di macchina a corrente continua utilizzata.

Dinamo autoeccitante

Una dinamo è un dispositivo elettromeccanico che converte l'energia meccanica in energia elettrica. Una dinamo autoeccitante è un tipo di dinamo che utilizza un avvolgimento di eccitazione per generare il campo magnetico necessario per la produzione di corrente elettrica.

Il funzionamento di una dinamo autoeccitante è basato sul principio dell'autoeccitazione. Quando la dinamo viene avviata, una piccola quantità di corrente viene fornita all'avvolgimento di eccitazione. Questa corrente crea un campo magnetico che induce una corrente nel circuito di uscita della dinamo. La corrente di uscita viene quindi utilizzata per alimentare l'avvolgimento di eccitazione, aumentando così il campo magnetico e la produzione di corrente.

Le dinamo autoeccitanti sono comunemente utilizzate in applicazioni come generatori di emergenza, generatori portatili e generatori per veicoli a motore. Sono apprezzate per la loro semplicità di costruzione e per la capacità di generare corrente anche a basse velocità di rotazione.