Tesina Marco Canonico - Materia : TDP

Avvolgimenti Macchine Elettriche

· Introduzione

· Generatori: Statore e Rotore

· Motori

· Avvolgimenti Induttori

· Avvolgimenti Indotti

· Calcolo F.e.m.

Avvolgimenti Macchine Elettriche

Introduzione:

Tutte le macchine elettriche rotanti hanno una parte fissa detta statore e una parte mobile detta rotore.

Motore asincrono a gabbia di scoiattolo

Queste macchine si dividono in

· GENERATORI

· MOTORI

Generatori :

I generatori di corrente alternata o alternatori, trasformano l'energia meccanica prodotta, ad esempio dalle turbine idrauliche, in energia elettrica, sfruttando il fenomeno dell'induzione elettromagnetica.

Anche il generatore è composto da due elementi: il rotore e lo statore.

Il rotore viene fatto ruotare da un albero motore che gli trasmette l'energia meccanica. Il rotore è un elettromagnete che produce un campo magnetico in movimento; si compone di un supporto di lamierini di ferro attorno ai quali vengono avvolte una serie di bobine alimentate in corrente continua. Lo statore avvolge il rotore e ha il compito di generare energia elettrica.

Lo statore si compone di un supporto di lamierini di ferro con bobine di filo di rame isolato nelle quali si genera, per induzione, la forza elettromotrice. Le estremità delle bobine dello statore sono collegate a collettori indipendenti che, attraverso le spazzole, immettono la corrente nella rete. Poichè ogni rotazione del rotore il verso della corrente si inverte, l'alternatore produce corrente alternata.

L’energia che si ottiene è una forza elettromotrice. Questa è data da :

e= - dø / dt

Se la spira è chiusa nasce una corrente che si oppone alla causa che la genera , perciò si crea una forza che tende a tener ferma la spira rispetto al flusso

F = B ∙ L ∙ I

dove B è l’induzione , L è la lunghezza e I la corrente

Questa forza deve vincere con l’energia di tipo meccanico che il generatore riceve, così verrà mantenuta la stessa f.e.m. indotta.

L‘ insieme dell’avvolgimento induttore e del circuito magnetico è detto induttore mentre, l’insieme dei conduttori (dove si genera la f.e.m) e del circuito magnetico prende il nome di indotto.

Gli avvolgimenti induttori servono per creare il campo magnetico rispetto al quale si muovono gli avvolgimenti indotti in modo che si induca una f.e.m. dovuta alla variazione di flusso.

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Motori :

motori elettrici sono macchine che trasformano l'energia elettrica in energia meccanica. L'energia elettrica, attraverso il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, è in grado di mettere in movimento una parte rotante (rotore) che attraverso meccanismi di vario genere aziona macchine o altre apparecchiature.

Vi sono motori elettrici che funzionano con corrente continua ed altri che funzionano con corrente alternata.
Il motore elettrico a corrente continua ha il pregio di assorbire una potenza quasi costante alle diverse velocità di rotazione, ma è utilizzato solo nella trazione elettrica (tram, filovie e linee metropolitane).

File:Electric motor cycle 1.png

Motore a corrente continua

Il motore a corrente alternata è costruttivamente più semplice e per il suo alto rendimento viene applicato in tutti i settori industriali. Il motore a corrente alternata può funzionare anche come generatore di corrente.

[Foto: Motore a corrente alternata]

Motore a corrente alternata di Tesla (1890)

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Avvolgimenti induttori

calcolo delle spire:

Per creare il campo elettromagnetico ed ottenere un determinato valore di f.e.m. è necessario creare un determinato valore di flusso quindi supponendo di fissarne il valore Ф

dalla relazione N ∙ I = ∙ Ф

E’ possibile calcolare le N spire che servono per creare il flusso voluto.

Tipologie:

· Avvolgimenti induttori per macchine a correnti continua: dove gli avvolgimenti sono posti sullo statore , alimentati a corrente continua e servono per generare il campo magnetico fisso rispetto al quale si muove il rotore con l’avvolgimento indotto.

· Avvolgimenti induttori per alternatori a poli salienti: dove gli avvolgimenti vengono montati sul rotore e alimentati a corrente continua.

· Avvolgimenti induttori per turboalternatori: dove gli avvolgimenti non essendoci i poli vengono posti in cave.

· Avvolgimenti induttori per motore asincrono trifase: sono molto simili agli avvolgimenti induttori di un alternatore quindi vengono posti sul rotore.

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Avvolgimenti indotti

Gli avvolgimenti indotti si dividono in chiusi e aperti:

· Quelli chiusi: vengono usati per macchine a corrente continua;

· Quelli aperti: vengono utilizzati per macchine a corrente alternata;

Ora è utile fare delle considerazioni preliminari prima di arrivare al calcolo della f.e.m;

Se si considerano macchine a 4 , 6 , 8 poli si può dimostrare che esiste una proporzionalità tra angolo meccanico e l’angolo elettrico.

Tale proporzionalità è espressa dalla relazione :

αm = αe / p

in cui:

· αm = angolo meccanico

· αe = angolo elettrico

· p = coppie polari

Un’altra grandezza importante ai fini del calcolo della f.e.m indotta è il passo polare.

Il passo polare è quella parte di circonferenza di statore o di rotore (dipende dove sono posizionati gli avvolgimenti e di che tipo è la macchina elettrica) che risente dell’influsso del campo induttore prodotto da un polo:

τ = π D /2p

in cui :

· D = diametro

· p = poli

Nuova immagine (6).png

τ = Passo polare

Vediamo infine come si calcola la nostra f.e.m indotta.

In elettrotecnica è noto che , quando un conduttore lungo l si muove con velocità v perpendicolare alle linee di flusso in un campo magnetico di induzione B , in quel conduttore si induce una f.e.m indotta che vale:

Ei = Bi ∙ l ∙ v