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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
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Principio di funzionamento e struttura degli alternatori
Macchine sincrone
Struttura generale di una macchina elettrica nel caso un M.A.T.
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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
Principio di funzionamento e struttura degli alternatori
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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
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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
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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.
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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
Principio di funzionamento e struttura degli alternatori
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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
Principio di funzionamento e struttura degli alternatori
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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
Principio di funzionamento e struttura degli alternatori
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
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anelli
spazzole
Rotore avvolto con collegamento ad anelli (anno 1911)
Macchine sincrone
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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Macchine sincrone
Principio di funzionamento e struttura degli alternatori
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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Macchine sincrone
Principio di funzionamento e struttura degli alternatori
Tutto l’insieme
trova posto in
una struttura
di acciaio o ghisa
chiamata carcassa avente
solo funzione portante
della macchina
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F(B) f.e.m
Alternatore