INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLE MACCHINE ELETTRICHE ROTANTI

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1 Gnralità INTRODUZIONE ALLO STUDIO DELLE MACCHINE ELETTRICHE ROTANTI Una acchina lttrica rotant è un convrtitor di nrgia ccanica in lttrica (gnrator) o, vicvrsa, di nrgia lttrica in ccanica (otor). Il fnono fisico ch avvin all'intrno dlla acchina è dtto convrsion lttroccanica dll'nrgia. In qualunqu vrso avvnga la convrsion, ssa iplica una prdita di potnza p : nl funzionanto da gnrator, la potnza lttrica gnrata è infrior a qulla ccanica assorbita : = p nl funzionanto da otor la potnza ccanica rogata è infrior a qulla lttrica assorbita : = p La potnza ccanica ntra nlla acchina ni gnratori (o sc dalla acchina ni otori) trait un albro rotant. Essa val splicnt: = Cω 1

2 dov C è la coppia all'ass ω la vlocità angolar dlla acchina. La potnza lttrica sc (o ntra) trait una lina lttrica val, scondo i casi: = VI (lina in corrnt continua) = VI cosϕ (lina in rgi sinusoidal onofas) = 3VI cosϕ (lina trifas) Si dfinisc rndinto η il rapporto tra la potnza rogata la potnza assorbita dal convrtitor. rciò: = = = 1 p p η pr un gnrator = = = 1 p p η pr un otor 2

3 Asptti costruttivi Tutt l acchin lttrich rotanti sono copost di una part fissa (stator) d una part rotant (rotor), ch nlla aggior part di casi sta all'intrno dllo stator. Stator Lo stator è ralizzato in atrial frroagntico costituisc una part dl circuito agntico di acchina; è lainato s è sd di flusso variabil fora di cilindro cavo. Gli avvolginti di stator, i cui conduttori sono, in altrnativa: a) alloggiati in cav longitudinali praticat sulla suprfici intrna dl cilindro cavo; b) avvolti su nucli polari sporgnti dalla suprfici intrna dl cilindro cavo; forniscono una part dlla forza agntootric ch produc il flusso nl circuito agntico. Lo stator è spr collgato ccanicant alla carcassa di acchina, la qual porta anch l sdi pr i cuscintti di rotor la orsttira pr il collganto alla lina, oltr a vari dispositivi ausiliari. Rotor 3

4 Il rotor è un cilindro in atrial frroagntico, ch coplta il circuito agntico, d è lainato s è sd di flusso variabil. Gli avvolginti di rotor copltano la forza agntootric pr il circuito agntico di acchina sono, in altrnativa: a) alloggiati in cav longitudinali sulla suprfici latral dl cilindro (rotor liscio); b) avvolti su nucli polari sporgnti dalla suprfici latral (rotor a poli sporgnti o a poli salinti). Il rotor, ch può ssr ad ass vrtical od orizzontal, è supportato da boccol da cuscintti rggispinta (a striscianto, a rotolanto, olodinaici, olostatici al crscr dll dinsioni di acchina). Una dll du tstat di rotor (o, più rarant, ntrab) prosgu con l'albro di acchina. Lo spazio tra stator rotor (il cui spssor varia dai dcii di illitro ad alcuni illitri) è dtto trafrro. rdit di potnza nlla convrsion lttroagntica E' già stato vidnziato ch la convrsion lttroccanica origina prdit. Ess sono ssnzialnt di tr tipi: - prdit ccanich (di vntilazion ni cuscintti); - prdit pr fftto Joul ngli avvolginti (prdit nl ra); - prdit pr istrsi corrnti parassit nl circuito agntico (prdit nl frro). 4

5 Tutt qust prdit coportano un aunto dlla tpratura. Qusta potnza dovuta all prdit trasforata in potnza trica, dv ssr asportata pr consntir alla acchina di funzionar a tpratura appropriata. Un sista splic è qullo di calttar un vntilator sull'albro, provvdinto fficac quando l condizioni di funzionanto coportano ch il rotor sia quasi spr in rotazion; altrinti si provvd a vntilar sparatant trait un lttrovntilator. r acchin di grossa taglia è ncssario praticar condotti di raffrddanto sia nllo stator ch nl rotor, ni quali si forza un flusso di gas (vntilazion forzata) ad alta vlocità. Asptti lttroagntici lnduttor indotto Da un punto di vista agntico, l du parti ch costituiscono la acchina (stator rotor) sono chiaat a svolgr du funzioni divrs. In una di ss (chiaata induttor) gli avvolginti sono alintati pr produrr il flusso di ccitazion; nll altra (chiaata indotto) è gnrata la tnsion lttrica voluta (funzionanto co gnrator) o è fatta circolar una corrnt (ch può ssr fornita da una rt di alintazion lttrica strna alla acchina o prodotta inducndo f... in avvolginti 5

6 chiusi), in odo da sviluppar l azioni lttrodinaich ch consntono il funzionanto da otor. In gnral è indiffrnt qual dll du parti dlla acchina svolg l funzioni di induttor ( rciprocant di indotto) la sclta avvin in bas al critrio di rndr no coplss l configurazioni circuitali, di ridurr l prdit di tipo lttrico o ccanico ad altr considrazioni di carattr pratico. In particolar, pr l tipologi di acchin più couni, ch saranno sainat in sguito, la sclta di qual part dlla acchina svolga l funzioni di induttor o di indotto è orai consolidata. In alcuni tipi di acchin é crata nl trafrro una distribuzion di induzion agntica ch ha dirzion radial intnsità variabil sinusoidalnt lungo la circonfrnza. Il vttor ch rapprsnta, punto pr punto, tal induzion agntica al trafrro si sposta con vlocità costant lungo la circonfrnza. Tal fnono si può dscrivr dicndo ch la sinusoid (od onda) ch rapprsnta il vttor B in ogni punto, ruota con vlocità angolar ω. Tal onda rotant si può ottnr producndo un capo agntico sinusoidal nllo spazio, a costant nl tpo, solidal con il rotor: in qusto caso il ovinto dll'onda avvin facndo ruotar ccanicant il rotor. In altrnativa, collgando i conduttori prsnti nll cav (di stator o di rotor) in odo da forar tr avvolginti posti a 120 gotrici tra loro alintandoli con un sista trifas di corrnti, si ottin in ogni punto dl trafrro un capo agntico rotant. 6

7 Induttor con agnti prannti In alcuni tipi di acchina rotant può ssr richisto all'induttor un flusso di induzion costant; in qusto caso tal flusso può ssr prodotto diant l'ipigo di agnti prannti, con odalità ch dipndono dal tipo di acchina considrato. " I atriali adatti a tal uso sono i atriali agntici duri. Matriali con capo corcitivo d induzion rsidua lvati occupano, co'è noto, volui più ridotti, a sono in gnral più costosi; prtanto la sclta dl tipo di atrial dipndrà dall prstazioni ch saranno richist alla acchina. 7

8 In gnral l'ipigo di agnti prannti consnt da un lato inori ingobri (in particolar una riduzion dl diatro strno) dall altro rndinti più lvati, grazi all'assnza di prdit pr fftto Joul nl circuito di ccitazion. La acchina risulta inoltr più splic, ancando l'avvolginto di ccitazion d il rlativo circuito di alintazion. L'asptto ngativo consist nl fatto ch, ssndo ovviant il flusso di induzion costant non rgolabil, si prd la possibilità di controllar l prstazioni dlla acchina agndo sul flusso stsso (o, in altri trini, sulla corrnt ngli avvolginti di ccitazion). Co ultia ossrvazion, i agnti (ch potranno ssr disposti nllo stator o nl rotor, scondo il tipo di acchina considrato), dvono ssr disposti in odo adatto all loro carattristich. Ad spio, pr agnti con basso capo corcitivo, quali l lgh agntich dur (tipo Alnico o frro-croo), é usata una disposizion di tipo circonfrnzial, co ostrato in figura (a b, rispttivant pr lo stator d il rotor). 8

9 In qusto caso l'lvata dinsion longitudinal dl agnt è richista prché siano ncssari lvati valori di f... pr la sua sagntizzazion. Altr disposizioni di agnti, quali qull ostrat nlla figura succssiva, tipich di un rotor, sono usat pr atriali co l frriti dur, utilizzat pr il loro odsto costo; in qusto caso l'ass agntico dl agnt ha dirzion radial. 9