1 sincrono-principio di fuzionamento e struttura degli alternatori

Prof. Christian Gervasi

Macchine sincrone Generatori e motori

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Macchine sincrone

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Generalità

Tutte le macchine elettriche rotanti hanno in comune una

parte fissa parte mobile

statore rotore

Si dividono in

Generatori Motori

Principio di funzionamento e struttura degli alternatori

Macchine sincrone



Macchine sincrone

Struttura generale di una macchina elettrica nel caso un M.A.T.


Gli alternatori

sono macchine

che ricevono energia di

tipo meccanico

dall’esterno per mezzo

dell’albero e la

trasformano in energia di

tipo elettrico

Alternatore di grande potenza

Macchine sincrone



Macchine sincrone

Principio di funzionamento e struttura degli alternatoriViene definita macchina sincrona, quella macchina elettrica la cui

frequenza della tensione, generata per induzione o applicata, è in relazione diretta con la velocità di rotazione con i circuiti magnetici o

coppie di poli, dunque hanno una velocità di rotazione rigorosamente costante e imposta dal valore della frequenza di

funzionamento.Possono essere impiegati, come

abbiamo già visto, sia come motori, che come generatori. Per le sue caratteristiche il suo

maggior campo di impiego è come

generatore o meglio come

alternatore


Il funzionamento dell’alternatore si basa

sul fenomeno dell’induzione

magnetica, il che evidenzia che se un

conduttore viene sottoposto ad una variazione di flusso

magnetico, agli estremi dello stesso si ottiene

una forza elettromotrice (Faraday, Neumann)

dtd

e

Alternatore di grande potenzaPrincipio di funzionamento e struttura degli alternatori

Macchine sincrone


Nell’ipotesi che la spira sia allacciata ad un circuito, nella spira si instaura una corrente i, che per la legge di LENZ si oppone alla causa che la genera, per cui alla causa che fa variare il flusso si

contrapporrà una forza contraria generata appunto dalla corrente che scorre nella spira

REGOLA MNEMONICA

Regola della mano dx utile per determinare il verso della f.e.m. indotta in un conduttore in movimento sPostamento POLLICE, campo Magnetico MEDIO, f.e.m. Indotta INDICE

L’energia cinetica produce energia elettrica

Principio di funzionamento e struttura degli alternatoriMacchine sincrone

dtd

e

Dando origine allora ad un movimento di rotazione relativa fra un campo magnetico induttore e un sistema di conduttori indotti

opportunamente collegati fra loro si ottiene una f.e.m.


Il campo magnetico viene generato da un circuito elettrico, detto induttore o avvolgimento di campo, sostenuto da un

supporto ferromagnetico

INDUTTORE

I conduttori nei quali si genera la forza elettromotrice sono a loro volta sostenuti da un circuito magnetico e l’insieme prende il

nome di indotto

INDOTTO


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come esempio prendiamo un alternatore a due 2 poli (1 coppia polare ) con un solo conduttore posizionato sulle cave dello statore

in posizione b

conduttore

Coppia polare

Gli alternatori per praticità devono avere una disposizione costruttiva con l’indotto esterno fisso e l’induttore interno rotante

con due o più poli rivolti verso l’esterno


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CONSIDERAZIONI PRELIMINARISe l’induttore che nel caso dell’alternatore si identifica con il rotore

inizia a ruotare in senso orario partendo dalla posizione a, il conduttore posto nella cava b che si identifica con l’indotto in questo caso, sarà sottoposto ad un flusso magnetico variabile, offerto prima dal polo nord e poi successivamente dal polo sud generando così ai

suoi estremi una f.e.m. indotta avente forma sinusoidale come riportato dal grafico


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Quando il polo nord è in a il conduttore non è sottoposto a nessun flusso magnetico e di

conseguenza non c’è nessuna f.e.m.

B=0 f.e.m.=0

d

c

b

a N S


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Ruotando ad una determinata velocità il polo nord attraverserà la posizione b e li la f.e.m. avrà valore

massimo positivo in quanto B è massima

N

S

a

b

c

d


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Quando il nord raggiunge la posizione c la f.e.m. sarà di nuovo nulla per le ragioni viste prima

NSa

b

c

d


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Quando raggiunge invece la posizione d la f.e.m. assume invece sempre il valore massimo ma negativo perché al

conduttore è affacciato il polo sud

d

c

b

a

N

S


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Ritornando in a la f.e.m. ritornerà di nuovo nulla e se l’induttore continuerà a ruotare ad una velocità

stabile si avranno tanti cicli sopra esposti generando così una tensione alternata periodica


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Macchine sincrone


A fianco è schematizzato un alternatore a quattro poli e come accennato presenta

un (4) indotto esterno fisso e un (1)induttore interno

rotante

Induttore

Indotto

Ogni polo induttore e realizzato con una bobina,

con un preciso verso di avvolgimento, che percorsa da una corrente continua

di eccitazione crea alternativamente i poli magnetici nord e sud


anelli

spazzole

Rotore avvolto con collegamento ad anelli (anno 1911)

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Principio di funzionamento e struttura degli alternatoril’alimentazione, esterna, arriva

alle bobine collegate in serie, tramite spazzole che agiscono su

due anelli calettati sull’asse.

Il sistema viene anche chiamato ruota polare è

ruota a velocità costante Ω

vincolata alla frequenza che si vuole ottenere, all’interno di un

cilindro magnetico


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cave di statore

Statore di un motore di potenza - 1,2 MW - 6 kV – avvolgimento ondulato

Tale cilindro viene chiamato nucleo

statorico dell’indotto e ospita gli avvolgimenti indotti. Viene realizzato

con un pacco di lamierini di spessore 0.5mm

tagliati a corona circolare e isolati tra loro

per ridurre le correnti parassite dirette

parallelamente all’ asse della macchina dovute alle variazioni di flusso.

Internamente, per punzonatura vengono ricavate le cave che

accoglieranno i conduttori attivi


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Tutto l’insieme

trova posto in

una struttura

di acciaio o ghisa

chiamata carcassa avente

solo funzione portante

della macchina


F(B) f.e.m

Alternatore

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