Regole della mano destra.
Macchina in continua con una spira e collettore.
Macchina in continua con due spire e collettore.
Macchina in continua: schematizzazione di indotto.
Macchina in continua. Schematizzazione dei versi delle correnti rispetto al campo e piano di inversione.
Macchina in continua: formule base.
Motore in continua: tipi di eccitazione. Derivazione. Serie. Composta.
Motore in continua: caratteristiche meccaniche. Eccitazione separata (o in derivazione). E = K Φ ω = V I R a a m t a a T = K ΦI a a ω m V I R V R t a a t a = = K Φ K Φ K Φ a a a ( ) 2 T Nota: All avviamento, non essendo ancora presente la tensione di armatura (ω m =0), la corrente nel rotore avrebbe valori molto elevati poiché sarebbe limitata solo dalla resistenza degli avvolgimenti del rotore stesso che sono di valore molto basso. E quindi necessario aggiungere in serie al rotore un reostato la cui resistenza diminuisca all aumentare della velocità. Tale reostato può anche essere usato per il controllo in velocità
Motore in continua: caratteristiche meccaniche. Φ I k Φ= K I a a s a E = K Iω a s a m Eccitazione in serie. 1 = 2 ω 2 T K I T s a m Nota: anche in questo caso è necessario un reostato di avviamento. In questo tipo di eccitazione, ammettendo una (piccola) sovracorrente all avviamento, si ha una coppia di spunto piuttosto elevata, molto più grande che nell eccitazione in derivazione. Questo perché la sovracorrente va ad aumentare sia il flusso induttore che il flusso indotto. Da notare che per coppie resistenti molto piccole la velocità del rotore in questo tipo di eccitazione può diventare pericolosa per il motore stesso (si dice che il motore va in fuga).
Motore in continua: controllo. Delle grandezze elettriche viste finora, tre sono quelle che permettono di controllare il motore: Tensione di alimentazione; Corrente di campo (quindi flusso di eccitazione); Corrente di armatura; Gruppo Ward-Leonard; Controllo con dispositivi a semiconduttore. Tensione: metodo dispendioso poiché richiede generatori variabili. Corrente di campo: metodo economico e di facile attuazione. E infatti sufficiente usare un reostato in serie all avvolgimento di campo per regolare la corrente e, di conseguenza, il flusso. Corrente di armatura: metodo semplice ma poco efficace dato che per farlo bisogna mettere un reostato in serie all avvolgimento di campo che, portando correnti piuttosto elevate, causa forti perdite Joule su detto reostato.
Motore in continua a magneti permanenti (PMDC motor). Vantaggi. Assenza di avvolgimenti di campo: meno perdite e minor ingombro. In alcuni casi il risparmio degli avvolgimenti di campo può comportare anche un risparmio economico. Svantaggi. I materiali usati per i magneti permanenti sono molto costosi e compensano in tutto o in parte il risparmio ottenuto dall aver tolto i circuiti di campo. Solo nelle piccole macchine si ha un vantaggio economico effettivo. I magneti permanenti possono smagnetizzarsi a causa di correnti di armatura troppo forti o a causa di un eccessivo surriscaldamento. La magnetizzazione è presente anche quando il motore non funziona. I magneti permanenti non sono in grado di produrre densità di flusso al pari degli avvolgimenti.
Reazione di indotto.
Dinamo in derivazione. L avviamento può avvenire anche a circuito esterno aperto grazie al magnetismo residuo dei nuclei induttori (autoeccitazione). Questa condizione è preferibile a quella di un qualche carico esterno in quanto l assenza di corrente causa l assenza di cadute dovute alle resistenze interne che causerebbero a loro volta una diminuzione dell eccitazione. In corto circuito la dinamo non si sarebbe eccitata. Quando la macchina inizia ad erogare corrente la tensione ai morsetti diminuisce a causa della resistenza dell indotto e a causa della reazione di indotto. Va notato che la diminuzione della tensione prodotta fa diminuire anche l eccitazione e quindi la f.e.m. indotta. Nota: la corrente erogata aumenta se diminuisce la resistenza di carico ma, all aumentare della corrente erogata, diminuisce la tensione ai morsetti. Esiste un certo valore (minimo) della resistenza di carico (un valore massimo della corrente erogata) per il quale la dinamo non è più in grado di mantenere la caduta interna e, quindi, anche la corrente comincia a diminuire con la tensione. LA DINAMO IN DERIVAZIONE E STABILE PER UNA RESISTENZA DI CARICO ESTERNA COMPRESA FRA INFINITO ED UN VALORE MINIMO PER IL QUALE LA DINAMO SI DISECCITA.
Dinamo in derivazione (cnt.). La variazione di tensione ai capi della dinamo nel campo di funzionamento è limitata ed esistono tecniche per poterla correggere. Per questo motivo questo tipo di dinamo è scelto in quelle applicazioni in cui viene richiesta una tensione costante. Per mantenere costante la tensione si inserisce in serie agli avvolgimenti di eccitazione un reostato che permetta di regolare la corrente negli avvolgimenti stessi variando di conseguenza il flusso magnetico e la tensione generata.
Dinamo in serie. L avviamento può avvenire solo a circuito esterno chiuso. In particolare esiste un valore massimo della resistenza esterna oltre il quale la dinamo non si avvia. Quando la macchina inizia ad erogare corrente la tensione ai morsetti sale proporzionalmente alla corrente. All aumentare della corrente si fanno sentire sia la caduta di tensione interna, sia la saturazione del circuito magnetico (da qui il ginocchio della curva). Quando poi la caduta di tensione prevale sull aumento delle f.e.m. la tensione prodotta diminuisce al crescere della corrente. Nota: la dinamo non può eccitarsi per una resistenza di carico troppo elevata poiché non sarebbe in grado di produrre la tensione necessaria a far circolare nell avvolgimento di eccitazione una corrente sufficiente. A parità di carico si può eccitare la dinamo aumentando la velocità di rotazione. Per ogni valore di resistenza esiste quindi una velocità che la dinamo deve raggiungere per potersi eccitare.
Dinamo in serie (cnt.). Come si vede dalla caratteristica esterna la dinamo in serie non è adatta in quelle applicazioni che richiedono una tensione costante. Inoltre nel tratto ascendente della caratteristica il funzionamento è instabile. Nel tratto discendente invece la dinamo ha un comportamento stabile e viene usata per produrre corrente ostante a tensione variabile poiché eventuali variazioni in corrente vengono compensate da variazioni di tensione di segno opposto. In pratica le applicazioni di questa dinamo sono poche in quanto generalmente viene richiesta la tensione costante.
Dinamo composte. Quando il carico varia spesso e rapidamente (ad esempio nelle applicazioni di trazione) non è possibile usare le dinamo in derivazione poiché richiederebbero la continua manovra del reostato. La dinamo con eccitazione composta praticamente attua una autoregolazione grazie alla composizione degli avvolgimenti di eccitazione serie e parallelo. Quella più usata è quella mostrata (derivazione corta). La caratteristica esterna è mostrata in figura. [Se aumenta la corrente esterna aumenta la caduta di tensione interna ma aumenta anche l eccitazione serie e quindi il flusso magnetico complessivo. Ne consegue un aumento della f.e.m. indotta che è in grado di soddisfare la richiesta di corrente e compensare la caduta di tensione interna mantenendo circa costante la tensione ai morsetti.]
Potenze e rendimenti delle dinamo. Il rendimento elettrico è dato dal rapporto fra la potenza resa P e la potenza generata P g P η = = P g VI EI i La potenza generata è paro alla somma della potenza resa e di tutte le perite per effetto Joule in tutti i circuiti interni alla macchina.