Principi Fondamentali di Elettrotecnica: Trasformatori e Macchine Rotanti

Principi di Elettromagnetismo e Trasformatori

Il campo elettromagnetico è in grado di distinguere chiaramente i poli reali e fornisce anche una rappresentazione dell'influenza magnetica nello spazio.

I Trasformatori: Funzionamento e Caratteristiche

I trasformatori sono usati per cambiare la tensione e la corrente nelle linee di alimentazione in Corrente Alternata (CA).

L'energia elettrica può essere trasferita dalla primaria a quella secondaria attraverso il nucleo di ferro comune mediante un campo magnetico variabile.

La Forza Elettromotrice (FEM) indotta nel secondario dipende dal numero di spire secondarie.

Per ottimizzare la potenza erogata da un trasformatore, è consigliabile aumentare il fattore di potenza del carico.

Perdite e Potenza

• Perdite di Rame: Dipendono dalla corrente di alimentazione del trasformatore e dalla resistenza degli avvolgimenti.
• Perdite di Ferro: Sono prodotte dagli effetti combinati di isteresi e correnti parassite.

Gli avvolgimenti del trasformatore si riscaldano a seconda del carico e della temperatura esterna.

La potenza apparente di un trasformatore è la massima potenza che un trasformatore è in grado di sopportare (espressa in VA).

I trasformatori di misura (TA o TV) misurano l'intensità o la tensione quando è necessario rilevare dati specifici e non è possibile stabilire una connessione diretta.

Componenti delle Macchine Elettriche Rotanti

Le macchine elettriche rotanti (motori e generatori) sono composte da diverse parti fondamentali:

• Statore: La parte fissa delle macchine a corrente continua e alternata.
• Rotore: È la parte mobile della macchina elettrica.
• Testata o Carcassa: La parte che sostiene la macchina e alla quale sono fissati i componenti.
• Pezzi Polari: Questi sono i componenti del circuito magnetico, dove sono collocati gli avvolgimenti.
• Traferro (Gap): Il divario tra le espansioni polari e il rotore.
• Avvolgimento di Campo (o di Eccitazione): Ha un nucleo ferroso circondato da una bobina attraverso la quale fluisce la corrente di eccitazione.

Avvolgimenti di Armatura e Calcolo

Gli avvolgimenti di un'armatura possono essere classificati come: ad anello (ring), incorporati (embedded), progressivi o regressivi, ondulati e a tamburo.

Calcolo degli Avvolgimenti

Per il calcolo di un avvolgimento di armatura sono richiesti i seguenti parametri:

• Numero di cave (slot).
• Numero di poli.
• Numero di sezioni per spira.
• Tipologia (progressiva o regressiva).
• Numero di strati (uno o due strati).
• Passo di avvolgimento.
• Passo al collettore.
• Disposizione delle spazzole.

Tipologia di Avvolgimento a Spira

Nell'avvolgimento a spira, dopo aver completato una sezione, si torna indietro di una spira dalla parte anteriore per trovare l'inizio della reazione immediata. Questo avvolgimento si distingue per il suo avanzamento sul lato posteriore e il ritorno dal primo. L'avvolgimento è simile, ma opposto, a quello incorporato.

Sistemi di Eccitazione

I sistemi di eccitazione definiscono come viene alimentato l'avvolgimento di campo:

• Eccitazione Separata: L'avvolgimento di campo è alimentato da una fonte di energia esterna alla macchina.
• Eccitazione in Serie: L'avvolgimento di campo è collegato in serie all'armatura e al carico, in modo che sia percorso dalla stessa corrente generata (indotta) e assorbita dal carico.
• Eccitazione Shunt (Parallelo): Collega in parallelo l'armatura e il carico, distribuendo la corrente tra di essi.

Classificazione delle Macchine Elettriche

Motori a Corrente Alternata (AC)

• Motori Sincroni: Sono motori AC la cui velocità è costante e dipende dalla frequenza della rete elettrica a cui sono collegati.
• Motori Asincroni: Sono motori AC la cui velocità è variabile (a causa dello slip) e dipende dalla frequenza della rete elettrica a cui sono collegati.

Generatori e Motori Generici

• Dinamo: Un generatore che trasforma il flusso magnetico in energia elettrica tramite il fenomeno dell'induzione elettromagnetica, generando corrente continua (CC).
• Motore Elettrico: Converte l'energia elettrica in energia meccanica. Può funzionare in corrente continua o alternata.