Macchina sincrona

Macchina sincrona

Costruzione della macchina sincrona

Immaginate una corte dello spessore di 3 nm in una piscina lunga 20 m, larga 10 m e profonda 2 m. La macchina sincrona è una macchina rotante reversibile, ovvero può funzionare sia da generatore che da motore. Essa si compone essenzialmente di due parti: lo statore e il rotore.

Lo statore

Lo statore rappresenta il sistema indotto ed è costituito da un nucleo cilindrico cavo di materiale ferromagnetico. Esso è costruito in forma di pacco lamellare impiegando lamiere di ferro dello spessore di circa 0,5 mm, tagliate a forma di corona circolare e isolate tra loro con un sottile foglio di carta o un leggero strato di vernice isolante. La divisione del nucleo magnetico in lamierini è pensata per interrompere la continuità metallica del nucleo stesso che altrimenti diverrebbe sede di notevoli perdite per correnti parassite.

Infatti, il nucleo dello statore, essendo soggetto a variazioni di flusso (le stesse a cui sono soggetti i conduttori attivi dell'avvolgimento), tende ad essere percorso da correnti parassite dirette parallelamente all'asse della macchina. Sulla superficie cilindrica interna dello statore vengono praticate, lungo le generatrici del cilindro, delle scanalature dette "cave o cameti" destinate ad accogliere i conduttori attivi che compongono l'avvolgimento di statore.

La forma dei canali può essere del tipo aperto, chiuso o semichiuso, indicati rispettivamente in fig. 3-320 a) b) e c). I canali aperti consentono la costruzione degli avvolgimenti indotti su sagoma, in forma di matasse da mettere in sede nei canali dopo ultimate e conseguentemente consentono anche il facile ricambio delle matasse che in esercizio abbiano a subire dei guasti. Per contro, i canali aperti aumentano la riluttanza del circuito magnetico e richiedono perciò un maggiore numero di amperespire magnetizzanti sui poli induttori; inoltre, richiedono espansioni polari laminate per diminuire le perdite per correnti parassite che vengono indotte nelle espansioni stesse, in conseguenza delle oscillazioni delle linee di forza che tendono a convergere verso i denti, saltando durante la rotazione dei poli, da un dente all'altro.

I canali semichiuso attenuano questi inconvenienti ma consentono solo un parziale impiego della costruzione su sagoma delle matasse; essi richiedono infatti che dopo aver avvolto il filo costituente la matassa sulla sagoma, la matassa venga messa in sede prima di eseguire la nastratura isolante per introdurre attraverso alla stretta apertura del canale un filo alla volta: la nastratura isolante delle testate dev'essere così eseguita dopo che la matassa è introdotta nei canali.

I canali chiusi infine rendono minima la riluttanza del circuito magnetico e consentono l'impiego dei poli induttori completamente massicci, ma richiedono che l'avvolgimento indotto venga eseguito infilando i conduttori longitudinalmente nei fori. Più comunemente i costruttori impiegano i canali semichiuso, con apertura più o meno larga.

Negli alternatori la dentatura di indotto assume dimensioni maggiori che nelle dinamo, perché l'intero avvolgimento indotto viene ripartito in un numero limitato di canali. Negli alternatori monofasi e cioè dotati di un solo avvolgimento indotto, i canali non vengono distribuiti uniformemente sull'intera circonferenza del pacco lamellare, ma vengono invece riuniti in gruppi, con una distanza fra un gruppo e l'altro pari ad un passo. In ogni cava viene sistemato un fascio di conduttori che costituisce l'avvolgimento di statore, il quale può essere monofase o trifase.

Il rotore

Il rotore costituisce il sistema induttore. Esso è calettato sull'albero di rotazione della macchina e posto all'interno dello statore. Tra statore e rotore c'è un piccolo spazio d'aria detto traferro che consente al rotore di poter ruotare all'interno dello statore. In genere, il rotore è di materiale ferromagnetico massiccio; si possono avere due diversi tipi di struttura di rotore: a poli lisci e a poli salienti.

Nel rotore a poli lisci, l'avvolgimento di eccitazione, percorso da corrente continua, è disposto in cave praticate lungo la periferia del rotore. In questo caso quindi il traferro ha uno spessore costante e il circuito magnetico è isotropo.

Il rotore a poli salienti, invece, è costituito fondamentalmente da una corona di acciaio dalla quale sporgono radialmente verso l'esterno, i diversi poli ciascuno costituito da un nucleo e da una espansione polare opportunamente sagomata e in genere laminata. L'insieme della corona e dei poli costituisce la ruota polare. Sui poli sono avvolte le bobine.