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Principio di funzionamento delle macchine elettriche

Il funzionamento delle macchine elettriche presuppone l’interazione tra un campo

magnetico e un circuito elettrico. Nella maggior parte delle macchine elettriche

(ma non tutte) il campo magnetico è generato da un opportuno circuito elettrico

Il circuito magnetico è costituito da Statore, Traferro, Rotore

Rendimento della macchina elettrica P

η = m

Rendimento della macchina elettrica P

ass

Perdite per effetto Joule nei

conduttori (rame, alluminio) 2

P = R I P = 40 W/kg

cu cu

Circuito elettrico

Perdite per effetti legati al Perdite per correnti parassite

campo magnetico nella

struttura della macchina Perdite per isteresi

Circuito magnetico

Perdite meccaniche

Perdite per attrito nei cuscinetti

Perdite per ventilazione

Perdite per attrito nei contatti striscianti (se presenti)

Il Motore a Corrente Continua (c.c.)

Su un conduttore di lunghezza l percorso da

corrente ed immerso in un campo magnetico B

agisce la forza di Lorentz

= ∧

F qv B

= ∧

F il B

=

F Bl i

Sagomando il conduttore a forma di spira

nasce una coppia T , massima se l’angolo tra

m

il piano della spira e la direzione del campo

magnetico è nullo =

= 2 B l i r

T 2 F r

m

Il passaggio di corrente dalla sorgente esterna

verso la spira in maniera da realizzare una

coppia diretta sempre nella stessa direzione è

reso possibile dal collettore, costituito da due

semi anelli di rame su cui poggiano due

spazzole di grafite

Con una spira il motore ha un moto che risulta

abbastanza irregolare

Si utilizza quindi un maggior numero di

conduttori e si sagoma il circuito magnetico

(costituito dallo statore con le espansioni

polari, dal traferro e dal rotore) in modo da

ottenere un campo magnetico il più possibile

radiale (in corrispondenza del traferro)

Le forze sono orientate sempre in maniera da

generare coppia

Ogni spira è percorsa da corrente ed è

collegata ad un lamella sul collettore

In pratica si realizza un unico filo. Ogni singolo

conduttore è percorso da una corrente pari alla metà di

quella fornita dall’alimentazione esterna

= =

T 2 N B l r i T K i

m m T

La spira è attraversato da un flusso magnetico

dipendente dal coseno dell’angolo tra la

normale alla superficie e la direzione del

campo magnetico ϑ

Φ = B l 2 r cos m

Quando la spira ruota (e solo allora) si ha una

variazione del flusso concatenato nel tempo Φ

( ) d

ω

Φ = = −

che provoca la

t 2 Blr cos t e

m nascita di una f.e.m. dt

ω

d cos t ω ω

= − =

m

e Blr

2 e 2 Blr sen t

m m

dt ω

=

e 2 NBlr

Considerando un circuito costituito da N m

spire che risulta quasi stazionario ω

=

e K

V m

Durante la rotazione del collettore la spazzole inevitabilmente cortocircuiteranno una maglia del

circuito d’armatura

La differenza di tensione tra due lamelle contigue è data dalla caduta resistiva nel tratto di

conduttore che le collega e alle f.e.m. di reazione che si generano nei conduttori

Nella spira S che è in corto circuito circola una corrente i che è dovuta essenzialmente alla f.e.m.

c

indotta; una volta che la spazzola raggiunge la lamella di destinazione, questa corrente viene

interrotta creando una sovratensione che genera scintillamento alle spazzole

Per limitare questo effetto, che provoca usura delle lamelle, si sistemano le spazzole in una

posizione tale che le spire interessate dal fenomeno sono ortogonali al flusso magnetico.

v

N S

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0.5 i 0.5 i

a a

i i

a a

v

N S

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0.5 i 0.5 i

a a

i i

a a

v

N S

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0.5 i 0.5 i

a a

i i

a a

Le correnti che circolano nelle spire del rotore generano a loro volta un campo elettromagnetico

che deforma quello statorico

La deformazione del campo è dipendente dall’intensità della corrente rotorica

In conseguenza della deformazione del campo dovuta alla presenza delle correnti rotoriche si ha

lo spostamento dell’asse neutro.

Anche questo spostamento dipende dalla corrente che circola nel rotore

In corrispondenza delle spazzole si verifica quindi il fenomeno dello scintillio che va sotto il nome

di “flash al collettore”.

Per ovviare a questo fenomeno si possono realizzare degli avvolgimenti di compensazione,

costituiti da conduttori che, posti in serie al circuito d’armatura, sono percorsi anch’essi dalla

corrente rotorica. Si genera così un campo magnetico che annulla la distorsione dovuta al

campo rotorico

circuito d’armatura equivalente

di

= + +

V R i L e

a dt

Equazione dell’equilibrio dinamico

ω

d = −

J T T

m r

dt

T è la risultante delle coppie agenti sulla macchina, tra cui si considerano gli attriti propri del

r

motore, legati alla velocità angolare dal parametro B (ipotizzando un dipendenza puramente

lineare) ω

d ω

= + +

T J B T

m rext

dt


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vipviper

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DETTAGLI
Corso di laurea: Corso di laurea magistrale in ingegneria meccanica
SSD:
Docente: Zotti Igor
Università: Trieste - Units
A.A.: 2011-2012

I contenuti di questa pagina costituiscono rielaborazioni personali del Publisher vipviper di informazioni apprese con la frequenza delle lezioni di Impianti di propulsione navale e studio autonomo di eventuali libri di riferimento in preparazione dell'esame finale o della tesi. Non devono intendersi come materiale ufficiale dell'università Trieste - Units o del prof Zotti Igor.

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