Macchina a Corrente Continua

MACCHINA a

CORRENTE

CONTINUA

Su una estremità delle lamelle, vengono praticati degli intagli per effettuare il collegamento con le varie sezioni dell'avvolgimento indotto.

Sul resto delle lamelle strisciano delle SPAZZOLE CONDUTTRICI. Esse connesse poi al circuito elettrico esterno le spazzole sono costituite di materiale conduttore per consentire il collegamento elettrico con il collettore e quindi realizzare la connessione tra l'avvolgimento rotorio e il circuito elettrico esterno.

Attualmente le spazzole sono costruite con una miscela di polveri sintetizzate di rame e grafite (metalgrafit).

Il complesso collettore-spazzole è la parte più delicata della macchina a corrente continua e richiede molta accuratezza in fase di costruzione. Inoltre è soggetto a manutenzione periodica poiché le spazzole strisciando sul collettore si usurano.

• In base al tipo di alimentazione adottate per il circuito di eccitazione, le macchine a corrente continua si dividono in 2 categorie:
  • MACCHINE CON ECCITAZIONE INDIPENDENTE nelle quali l'avvolgimento di eccitazione è del tutto separato da quello di armatura ed è dotato di una propria sorgente di alimentazione in continua.
  • MACCHINE AUTOECCITATE nelle quali la corrente di...

Se il verso di rotazione del rotore è quello in figura, applicando la regola della mano destra, si ha che:

• la f.e.m. indotta nei conduttori attivi che si trovano sotto il polo Nord è entrante nel piano del foglio;
• la f.e.m. indotta nei conduttori attivi che si trovano sotto il polo Sud è uscente dal piano del foglio.

Naturalmente la f.e.m. indotta in un singolo conduttore attivo è alternata nel tempo poiché il rotore ruota e quindi ogni conduttore è sottoposto ad una f.e.m. in verso entrante finché sta sotto il polo Nord induttore, viceversa è sottoposto a una f.e.m. in verso uscente quando è in corrispondenza del polo Sud. Quindi la f.e.m. indotta in un conduttore ha nel tempo lo stesso andamento che l'induzione B ha nello spazio.

Osserviamo però che in qualsiasi conduttore posto nella medesima posizione viene indotta la stessa f.e.m.

OSSERVAZIONE: In realtà con ⊙ o ⊗ non indichiamo il verso della f.e.m. indotta (che non è una grandezza vettoriale) ma il verso della forza elettromagnetica di Lorentz F_L e

Indotto Dentato a Tamburo

L'indotto ad anello ideato da Pacinotti presenta purtro vari inconvenienti:

• In primo luogo i conduttori attivi dell'avvolgimento risulta no essere solo quelli posti sulla periferia esterna dell'indot to; mentre le connessioni frontali e i conduttori interni sono passivi cioè in essi non viene indotta fem poiché sono sottratti all'azione del campo induttore per effetto schermante dell'anello di materiale ferromagnetico. Essi hanno dunque il solo scopo di collegare tra loro i conduttori attivi disposti lungo le generatrici esterne dell'anello.
• Questo comporta un grande dispendio di rame per i condut tori inattivi ed inoltre si innalza la resistenza dell'avvol gimento e quindi le perdite per effetto Joule.
• Inoltre il traferro risulta notevolmente ampio per l'assenza di cave, e quindi occorre una grande imm di eccitazione per generare il campo induttore.
• Infine si aggiungono dei limiti pratici di realizzazione infatti un avvolgimento toroidale è di difficile realizza zione specie se i conduttori sono di sezione rilevante ed inoltre presenta notevole difficoltà il montaggio meccanico dell'anello indotto sull'albero di rotazione.

Per tutti questi motivi, l'indotto di Pacinotti fu presto rimpiazzato dall'indotto dentato a tamburo che risolve

indotti. Dato il senso di rotazione, i conduttori sotto i poli nord sono sede di f.e.m. dirette contro il piano di figura; quelli sotto ai poli sud hanno f.e.m. indotte dirette verso l'osservatore (regola della mano destra). Immaginando di tagliare l'indotto secondo. una generatrice e di svilupparlo in un piano, l'avvolgimento assume la configurazione (« rettangolare ») di fig. 1-120 b.

Cominciando l'avvolgimento nel punto a, il conduttore 1 sotto un polo nord è collegato con il conduttore 8 sotto un polo sud: indi è collegato con il conduttore 3 ancora sotto il polo nord: si viene così a costituire la spira, indicata con tratto ingrossato. L'avvolgimento è costituito successivamente con spire contigue identiche collegando il 3 con il 10, il 10 con il 5, il 5 con 12, e così di seguito fino a chiudere l'avvolgimento su se stesso ritornando al punto a di partenza. Le lamelle del collettore sono collegate con il punto di mezzo delle connessioni frontali situate su una fronte dello indotto oppure sull'altra. L'ordine delle connessioni corrisponde allo schema indicato in fig. 1-121.

Partendo dal punto a, o dalla lamella che vi è collegata, e percorrendo l'avvolgimento verso il conduttore 1 si trovano collegati in serie i conduttori 1-8-3-10-5-12 e si arriva al punto b, o alla lamella che vi è connessa. Fra b ed a si ha quindi una tensione pari alla somma delle f.e.m. indotte in questi conduttori.

Proseguendo l'avvolgimento dal punto b si giunge in a₁ percorrendo i conduttori 7-14-9-16-11-18, i quali hanno f.e.m. concordi fra loro ma opposte di segno alle precedenti, e cioè dirette da a₁ verso b.

Quindi fra il punto b e il punto a₁ si ha una tensione uguale a quella esistente fra b ed a: i due punti a e a₁ sono perciò allo stesso potenziale.

Proseguendo ancora l'avvolgimento si passa dal punto a₁ al punto b₁ percorrendo la serie 13-20-15-22-17-24 le cui f.e.m. sono dirette da a₁ verso b₁ ; tale serie dà una f.e.m. risultante uguale alle precedenti, col polo negativo in a₁ e positivo in b₁. Passando infine da b₁ in a, si incontrano i conduttori 19-2-21-4-23-6 con le f.e.m. dirette da a verso b₁. Nell'avvolgimento chiuso su se stesso, non circola così alcuna cor-

Fig. 1-121 - Schema dell'ordine di connessione dei conduttori in un avvolgimento embricato tetrapolare.

3-11. Particolarità costruttive degli avvolgimenti indotti e del collettore.

Nella figura 3-110 sono riportate due frazioni rispettivamente di un avvolgimento embricato e di uno ondulato: si rileva facilmente che ciascuno di questi due avvolgimenti può essere eseguito costruttivamente mediante la ripetizione di tante sezioni contigue identiche, ognuna delle quali è costituita dai conduttori che si percorrono passando da una lamella del collettore, come a, alla prima lamella successiva che si incontra seguendo l'avvolgimento, come b. La parte di avvolgimento così definita prende il nome precisamente di sezione d'avvolgimento e costituisce l'elemento costruttivo dell'avvolgimento stesso. All'atto pratico infatti si costruiscono mediante opportuna sagoma tutte le sezioni occorrenti, le quali vengono montate poi sull'armatura riunendo

Fig. 3-110 - Forma caratteristica delle sezioni d'avvolgimento: a) embricato; b) ondulato.

FUNZIONAMENTO A VUOTO di un GENERATORE a CORRENTE CONTINUA

Una macchina a corrente continua funziona da generatore a vuoto quando:

• il rotore è posto in rotazione alla velocità costante ω da un motore primo.
• l'avvolgimento di eccitazione è percorso da corrente continua.
• l'avvolgimento indotto è aperto e quindi non viene erogata alcuna corrente al circuito esterno.

Abbiamo già visto che se l'avvolgimento di eccitazione è percorso da corrente continua, esso genera un campo di induzione magnetica \(\overline{B}\).

Se il rotore è posto in rotazione alla velocità angolare ω, su una generica carica di conduzione q dei conduttori attivi, agisce la Forza di Lorentz:

F_L = q*v∧B

dove \(\overline{v}\) è la velocità periferica del rotore.

Poiché l'induzione magnetica al traferro \(\overline{B}\) ha linee di campo con andamento pressoché radiale, i conduttori...