Introduzione 1- Una macchina è elettrica se almeno una tra l’energia in ingresso e quella in uscita è di tipo elettrico

Introduzione 2- La trasformazione di energia deve avvenire mediante un campo magnetico ed in particolare sfruttando la

legge la legge di Ampere e/o la legge di Faraday-Lenz.

Legge di Faraday-Lenz

⊥= mBlve Bvle m ×=

Vm

e

B

regola della "mano destra"

Legge di Ampere (Forza di Lorentz)

( )⊥= liBf Blif ×=

Fm

i

B

regola della "mano sinistra"

Introduzione

3- La trasformazione energetica deve essere reversibile

Introduzione

MMaacccchhiinnee ssttaattiicchhee

MMaacccchhiinnee aassttaattiicchhee

TTrraassffoorrmmaattoorree

MMaacccchhiinnee aa CCoorrrreennttee CCoonnttiinnuuaa

MMaacccchhiinnee aa CCoorrrreennttee AAlltteerrnnaattaa

MMaacccchhiinnee aa CCoorrrreennttee UUnniippoollaarree

AAssiinnccrroonnaa

SSiinnccrroonnaa

SSwwiittcchheedd RReelluuccttaannccee

SStteeppppeerr

Macchine elettriche statiche

Il TRASFORMATORE è una macchina elettrica statica che realizza una trasformazione di energia

elettrica in energia elettrica in modo reversibile cambiando i valori della tensione e della corrente.

A1=A2

V1/V2=N1/N2

Introduzione

Macchine elettriche astatiche con moto rotativo

Ogni macchina rotante può funzionare sia da motore che da generatore.

Macchina Asincrona

Macchina Sincrona

Macchina in Corrente Continua

Introduzione Nel funzionamento da motore una macchina elettrica astatica trasforma energia elettrica in energia meccanica

Introduzione

Nel funzionamento da generatore una macchina elettrica astatica trasforma energia meccanica in energia elettrica

Catena di generazione, distribuzione ed utilizzazione dell’energia elettrica

Il numero di trasformatori AT/MT e MT/BT installati in Italia è pari a circa 1.000.000 di unità. Il numero di motori elettrici utilizzati nell’industria con potenza > 0,75 kW è pari a circa 14.000.000.

Materiali impiegati nella realizzazione delle macchine elettriche

Criteri di studio delle macchine elettriche

Studio delle macchine elettriche in regime stazionario

In condizioni stazionarie, la tensione di alimentazione (ampiezza, frequenza), la velocità ed il carico

meccanico sono costanti.

Le equazioni che reggono il funzionamento della macchina possono essere notevolmente semplificate,

rispetto al caso generale di analisi dinamica. Tali equazioni costituiscono la teoria classica delle macchine

elettriche.

Nelle macchine in corrente alternata a regime si possono utilizzare le metodologie di analisi dei circuiti

stazionari in corrente alternata (rappresentazione simbolica, rappresentazione con vettori isofrequenziali).

Studio della dinamica delle macchine elettriche

Lo studio della dinamica delle macchine elettriche può essere condotto per mezzo di sistemi di equazioni

integro-differenziali non lineari. Tali sistemi sono particolarmente complessi nel caso di macchine in

corrente alternata. Utilizzando però la teoria generalizzata delle macchine elettriche è possibile ridurre

notevolmente la complessità delle equazioni, pur ottenendo i medesimi risultati.

Criteri di studio delle macchine elettriche

Ipotesi di linearità

Le macchine elettriche sono sistemi fortememente non lineari, la teoria classica ed in maggior misura la

teoria generalizzata considerano però solo sistemi lineari. Vengono quindi trascurati, almeno in prima

approssimazione, tutti gli effetti di non linearità. Tra questi il più evidente è la saturazione del nucleo. A

causa di tale fenomeno, nelle macchine in corrente alternata, o il flusso, o la corrente di magnetizzazione

non sono sinusoidali.

Azionamenti elettrici

Un azionamento elettrico è un sistema che consente di trasformare in modo controllato energia

elettrica in energia meccanica.

Azionamenti elettrici

Azionamenti elettrici

Perdite e rendimento

PPeerrddiittee

Produzione di Energia Meccanica

Produzione di Calore

Vibrazioni

Attriti

Nel Ferro Nel Rame

Perdite Addizionali

Isteresi Correnti Parassite

Effetto Joule

Perdite Addizionali

Ventilazione

EEnneerrggiiaa EElleettttrriiccaa

EEnneerrggiiaa MMeeccccaanniiccaa

Perdite e rendimento

Tutte le perdite contribuiscono ad abbassare il rendimento di una macchina elettrica. Si definisce

rendimento effettivo il rapporto:

Il rendimento nelle macchine elettriche, aumenta all’aumentare delle dimensioni della macchina, fino a

raggiungere valori superiori al 99% nei grossi trasformatori. I valori più bassi, fino al 40%, sono invece

tipici delle macchine rotanti di piccola taglia (< 1 kW).

in

out

P

P=η

Perdite e rendimento

La determinazione del rendimento di una macchina elettrica è spesso problematica, infatti:

• nei grandi trasformatori il rendimento è molto prossimo all’unità per cui la potenza resa è quasi uguale

alla potenza in entrata: inevitabili errori di misura potrebbero condurre all’assurdo di determinare un

rendimento superiore a 1;

• nelle macchine rotanti una delle forme di energia è di tipo meccanico, e quindi non facilmente

misurabile;

• nelle macchine di grande potenza, caratterizzate da elevate tensioni e correnti, la misura diretta delle

variabili elettrice può risultare molto complessa e costosa.

Perdite e rendimento

Poichè:

Pin = Pout + ΣPdiss = Pout + Pmec. +PJ + PFe + Padd.

si definisce rendimento convenzionale il rapporto:

A differenza del rendimento effettivo che deve essere misurato sperimentalmente il rendimento

convenzionale viene calcolato. In qualunque condizione operativa i valori assunti dai termini di perdita

possono essere infatti dedotti dai risultati di misure condotte sulla macchina in condizioni particolari a

potenza molto inferiore a quella nominale.

La determinazione del rendimento convenzionale è molto più agevole della misura diretta del rendimento

effettivo, tuttavia il primo è solo un’approssimazione del secondo, perchè si assume il sistema lineare

(principio di sovrapposizione degli effetti).

addFeJmeccout

out

dissout

outc P P PP P

P

PP

P

++++=

+=

∑η