MACCHINE ELETTRICHE. Stefano Pastore. Macchine in Corrente Continua

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1 MACCHINE ELETTRICHE Mahine in Corrente Continua Stefano Pastore Dipartiento di Ingegneria e Arhitettura Corso di Elettrotenia (IN 043) a.a

2 Statore Sistea induttore (Statore): anello in ghisa o aiaio dotato di poli sporgenti assii o lainati su ui sono avvolti i onduttori dove irola la orrente ontinua di eitazione i e he genera un apo agnetio statio. Il traferro ha uno spessore ostante per ottenere un apo unifore tra la sarpa polare ed il rotore. 2

3 Rotore Sistea indotto (rotore): ostituito da una orona ilindria di ateriale lainato ferroagnetio sulla periferia della quale vengono pratiati dei fori (ave) per l alloggiaento degli avvolgienti di tipo hiuso (non esiste un inizio o una fine). Su questi vengono indotti i fenoeni elettroagnetii (f.e..) he ontribuisono a generare la oppia otrie. Le estreità delle spire sono ollegate al ollettore. 3

4 Collettore Collettore: è una struttura a laelle di rae isolate tra loro on il opito di ollegare l avvolgiento hiuso di rotore on il ondo esterno traite una o più oppie di spazzole. Si ottengono osì due o più vie interne negli avvolgienti hiusi di rotore dove fluise la orrente assorbita dalla alientazione esterna. È l eleento hiave he distingue la ahina in orrente ontinua dalle altre tipologie di ahina. 4

5 Anello di Painotti 5

6 Prinipio di funzionaento Supponiao di eitare l avvolgiento statorio on una orrente ontinua i e Il rotore, ostituito dall anello di Painotti, gira a veloità ostante ω Piano polare: piano assiale di sietria passante per la ezzeria dei poli. Se il flusso totale di induzione al traferro usente dal polo nord è, /2 passerà per il seianello superiore e /2 per quello inferiore Piano polare 6

7 F.e.. indotta in una spira rotoria Consideriao una spira in posizione P individuata dall angolo β(t), aloliao il relativo flusso onatenato : E la f.e.. indotta: d e dt [β(t)] d dβ d ω d β dt dββ 7

8 F.e.. indotta in una spira rotoria (2) Per la sietria della ahina si ha: (0) / 2 ( π / 2) 0 ( π ) / (3π / 2) 0 2 E quindi per la f.e.. si ottiene: e e > < 0 0 per per 0 < β < π π < β < 2π e > 0 e < 0 8

9 F.e.. indotta tra le spazzole Via interna: gruppo di spire tra le spazzole; i sono quindi due vie interne e la f.e.. E(t) lungo una delle due vie interne è E(t) [e 1 (t) + e 2 (t) +. + e z (t) ] Dove z: nuero di spire tra le spazzole e e u 9

10 Considerando i flussi onatenati ( ) ( ) ( ) z z z z t E π ω β ω β ω β β β ) ( (0) d d d d d d ) ( 1) ( K K K F.e.. indotta tra le spazzole (2) 10 ω β π ) ( (0)

11 F.e.. indotta tra le spazzole (3) ponendo β 2π/ N s N s : nuero di spire rotorihe n : nuero di giri al inuto ω 2π n /60 E N s n' 60 La E è ostante (nel liite delle approssiazioni fatte) nel tepo se n e sono ostanti Dipende solo dal flusso totale, non dalla sua distribuzione 11

12 Avvolgienti di rotore Nelle ave del rotore vi sono due lati di atassa (forata da più spire), uno appartenente allo strato esterno (he si affaia al traferro), p.e. n. 3, uno a quello interno, p.e. n. 11. Sono ollegati sulle testate per età sul lato interno, per età su quello esterno. Ciasuna atassa ha i terinali ollegati a due laelle (A e B); l insiee delle laelle, isolate tra loro, è ontato su un taburo solidale on il rotore, il ollettore. 12

13 Avvolgiento ebriato seplie Le atasse sono ostituite da tante spire (la pria spira va dalla laella 1 alla laella 2, lati 1 e 10 ) Ci sono due vie interne: Pria via interna 1-10, 2-11,, 7-16, 8-1 Seonda via interna 9-2, 10-3,, 15-8, 16-9 Il seondo terinale dell ultia atassa (16-9 ) è ollegato alla laa 1 da ui inizia l avvolgiento, he risulta essere hiuso v spazzole 13

14 Rotore 14

15 Coutazione Considerato il oviento del ollettore a veloità v, le spazzole B e A entrano suessivaente in ontatto on le laelle 16 e 8. L intervallo di tepo in ui avviene la outazione delle laelle è il periodo di outazione delle atasse. Questo tepo, he si ripete periodiaente per tutte le atasse, rappresenta l intervallo in ui una atassa passa da una via interna a un altra. 15

16 F.e.. indotta tra le spazzole del rotore on 2 poli per lo statore La f.e.. indotta tra le spazzole è in questo aso E 2N s n' 60 poihè la variazione di flusso onatenato he la spira subise nel perorrere l intera via interna è ora 2 e non. inizio fine 16

17 F.e.. indotta tra le spazzole del rotore on p oppie polari In generale, on p oppie polari e N 2N s, nuero totale di onduttori attivi, si ha: E n' p N 60 La presenza di più oppie di poli rende possibile la realizzazione di avvolgienti aratterizzati dall avere un nuero di lati in parallelo (2a, detti vie interne) he può essere uguale al nuero di poli E dove p a n' 60 k e N p a n' 60 k e N 17

18 Ciruito equivalente Il iruito equivalente della ahina (generatore) on due vie interne è: Per ogni via interna si ha una orrente I/2a GENERATORE: V AB E RI dove R: resistenza equivalente del rotore pari a (R a /2) 18

19 Coppia di un otore I onduttori dell indotto sono soggetti a tante forze tangenziali he ostituisono nel loro insiee una oppia he trasina l indotto in rotazione. Per effetto della rotazione i onduttori vengono a tagliare le linee di forza del apo Nell indotto del otore si genera una f.e.. he agise in verso opposto alla orrente he viene assorbita dall indotto Un generio onduttore d indotto, sottoposto a un apo B, è soggetto a una forza tangenziale I F tk Bl 2a Per tutti gli N onduttori si ha F t N K 1 Bl I 2a N B l I 2a 19

20 La oppia risulta quindi: (R 2pτ/2π) Coppia di un otore (2) a pn k I k I lb a pn a I l NB p C π τ π π τ 2 dove Utilizzando il bilanio di potenza: V E + RI K e N + RI (I entrante in A) 20 I k N I k EI C C EI P EI RI EI V I P R N k V I e a e + ω ω ω 2

21 Shei di eitazione - generatore Generatore on eitazione parallelo Avvolgiento statorio o di eitazione on orrente i e r: reostato di eitazione 21

22 Shei di eitazione otore (1) Motore on eitazione in derivazione (paral.) Ra: reostato di avviaento (serve a ridurre la orrente di spunto, proporzionale a C) Nuero di giri a vuoto 22

23 Shei di eitazione otore (2) Motore on eitazione in serie Motore on eitazione indipendente Consente una regolazione di veloità olto apia (v e R e i e ) 23

24 Shei di eitazione otore (3) Controllo della tensione di aratura: oppia disponibile ostante Controllo del flusso di eitazione (di apo): potenza disponibile ostante ω E k V k 24

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