Macchine Elettriche: Struttura, Funzionamento e Classificazione

Macchine Elettriche: Introduzione e Classificazione

Dal punto di vista elettromagnetico e meccanico, le macchine elettriche operano per induzione magnetica e coinvolgono due circuiti principali:

1. Produzione degli ampere-spire necessari nel sistema induttore.
2. Raccolta del flusso e produzione di energia elettrica o energia meccanica nel sistema indotto.

Dal punto di vista meccanico, le macchine si classificano in: rotanti e statiche.

• Le macchine rotanti sono: dinamo, motori e alternatori. Queste consistono in una parte fissa (lo statore) e una parte mobile (il rotore). Il traferro è la zona di separazione tra statore e rotore.
• Le macchine statiche sono i trasformatori.

Componenti delle Macchine Rotanti

Il Sistema Induttore

Il sistema induttore è composto da:

• Nucleo induttore (o polo): da cui fuoriescono ed entrano le linee di campo magnetico. Nei poli si distinguono il nucleo e l'espansione polare (o testa polare).
• Bobina induttrice: utilizzata per generare il campo magnetico e disposta sul nucleo induttore.
• Culata o giogo: chiude il circuito magnetico ed è la parte più vicina alle linee di forza magnetica.

Il Sistema Indotto

Il sistema indotto delle macchine rotanti è composto da:

• Avvolgimento di armatura (o indotto): formato da tutti i conduttori in cui si sviluppa la forza elettromotrice (f.e.m.).
• Collettore: una parte cilindrica composta da un numero di settori o barre di rame separate, saldate alle estremità delle bobine dell'avvolgimento di armatura. È unito all'asse di rotazione, ma isolato da esso.
• Spazzole: contatti fissi che strisciano sulla superficie del collettore per raccogliere la corrente indotta e alimentarla al carico.

Motori Elettrici

Dato che l'effetto elettromagnetico è reversibile, le macchine a corrente continua possono funzionare sia come generatori che come motori. La loro costruzione è la stessa. La tensione di linea genera una forza controelettromotrice nell'armatura, e la coppia interagisce con il flusso e il numero di giri.

Tipi di Motori

I motori si distinguono in:

• Motore a eccitazione indipendente: l'avvolgimento induttore è collegato a una rete elettrica in corrente continua diversa da quella utilizzata per l'avvolgimento di armatura.
• Motore a eccitazione shunt (o in parallelo): l'avvolgimento induttore è collegato in parallelo all'avvolgimento di armatura.
• Motore a eccitazione serie: l'avvolgimento induttore è collegato in serie all'avvolgimento di armatura.
• Motore a eccitazione composta (o compound): con connessione lunga o corta.

Dinamo (Generatore di Corrente Continua)

La dinamo funziona con magneti naturali o elettromagneti. A seconda della fonte di alimentazione delle bobine di eccitazione, si distinguono due tipi di dinamo:

Tipi di Eccitazione

• Dinamo auto-eccitate: la forza elettromotrice (f.e.m.) generata è data dalla formula E = K • Φ • N, dove K dipende dal numero di conduttori, dalle coppie polari e dalla costruzione della macchina. N = velocità in giri/min. Φ = flusso magnetico.
• Dinamo a eccitazione indipendente: sono caratterizzate da un circuito induttore e un circuito di armatura totalmente separati. La corrente che fluisce attraverso l'induttore proviene da un circuito esterno. La corrente di linea è uguale alla corrente di armatura (I_L = I_a).