Principi Fondamentali e Funzionamento delle Macchine Elettriche DC

1. Principio di Funzionamento di un Generatore

• Il principio di funzionamento dei generatori elettrici si basa sull'azione che si instaura tra la corrente e il campo magnetico elettrico. Spiegazione del fenomeno: se un filo viene percorso da una corrente elettrica in prossimità di un campo magnetico, si genera un campo magnetico.

2. Guadagno di CC da CA e Riduzione del "Ricci"

• Il guadagno di corrente continua (CC) da corrente alternata (CA) si ottiene tramite il **collettore**, che collega le estremità degli anelli in semianelli isolati l'uno dall'altro. Collegando delle spazzole a questi semianelli si raccoglie il flusso per ottenere un'uscita in CC.
• Quando si desidera una tensione il più possibile costante (diritta), le dinamo vengono costruite con un considerevole numero di bobine e lamelle del collettore.

3. Parti Essenziali di una Macchina DC

• Indotto: Situato nel rotore, si muove con un movimento di rotazione della macchina. Costituisce un nucleo magnetico cilindrico su cui sono avvolte le bobine di rame.
• Induttore: Situato nello statore, la parte statica della macchina. È formato da una bobina con due o più poli magnetici, come in macchine bipolari o multipolari.
• Collettore: L'unione e il collegamento tra l'albero dell'armatura e le lamelle del collettore.

4. Tipi di Avvolgimento dell'Armatura in una Macchina DC

• A Spira (Loop): L'inizio di ogni bobina è collegato a una lamella del collettore e la fine della bobina successiva alla lamella successiva.
• Ondulato o Serie (Wave): L'inizio di ogni bobina è collegato a una lamella corrispondente a un polo magnetico, e la fine è collegata alla lamella corrispondente al polo magnetico successivo.

5. Il Traferro e la sua Importanza

• Il **traferro** è lo spazio tra l'indotto e l'induttore, attraverso cui passano le linee di flusso magnetico.
• Poiché le linee di flusso magnetico passano con difficoltà attraverso il traferro, si cerca di ridurlo al minimo, senza però impedire la rotazione del rotore.

6. Reazione d'Indotto e Come Evitarla

• La **reazione d'indotto** è il campo magnetico risultante dal campo magnetico indotto nell'armatura e dal campo dell'induttore. La sua direzione è lungo l'asse delle spazzole, favorendo la deviazione di quest'ultime dalla loro posizione originale.
• Si può evitare la reazione d'indotto spostando le spazzole o utilizzando poli ausiliari.

7. Svantaggio della Deviazione delle Spazzole

• Lo svantaggio della deviazione delle spazzole è che, quando il campo magnetico varia, la deviazione ottimale delle spazzole cambia in base alla corrente. Per correnti diverse, l'uso delle spazzole dovrebbe essere differente.

8. Soluzione al Problema dei Poli di Commutazione

• I poli di commutazione vengono disposti sulla testa della macchina in modo da produrre un campo magnetico trasversale di uguale valore e opposta direzione rispetto alla reazione d'indotto, collegandoli in serie per avere la stessa corrente.

9. Utilizzo delle Spire di Compesazione

• Le spire di compensazione sono utilizzate nelle macchine ad alta potenza per eliminare le distorsioni del campo magnetico principale causate dal flusso trasversale.

10. Generazione del Campo Magnetico nelle Dinamo

• Il campo magnetico può essere generato in due modi: tramite un **magnete permanente** o tramite **elettromagneti** alimentati in CC.
• Il magnete permanente è utilizzato quando è richiesto un campo magnetico molto intenso e costante, senza regolazione. È interessante per dinamo di piccole dimensioni.
• Quando si desidera un campo magnetico di eccitazione elevata e la possibilità di regolazione, si utilizzano bobine induttive che circondano i poli e sono alimentate da una corrente continua.

11. Dinamo ad Eccitazione Separata

• Nella **dinamo ad eccitazione separata**, la corrente di eccitazione che alimenta l'avvolgimento di campo proviene da una fonte di energia esterna.
• Vantaggio: È possibile regolare il flusso in uscita dal generatore tramite la fonte di alimentazione esterna.
• Svantaggio: Richiede una fonte di corrente continua separata per alimentare l'induttore.

12. Auto-Eccitazione e Magnetismo Residuo

• Nell'**auto-eccitazione**, il generatore stesso produce l'energia sufficiente per alimentare gli elettromagneti dell'induttore.
• Le varietà di auto-eccitazione includono: dinamo con derivazione (shunt), con eccitazione in serie e dinamo composte.
• Il **magnetismo residuo** è il magnetismo che permane nel materiale del nucleo magnetico dei poli, anche in assenza di corrente di eccitazione.

13. Dinamo Shunt e Perdita di Eccitazione

• Il **reostato** viene utilizzato per ottenere un controllo efficace della tensione di uscita del generatore.
• L'eccitazione del generatore può perdersi con correnti di carico molto elevate perché l'aumento della caduta di tensione sull'indotto riduce la tensione ai morsetti, causando una diminuzione della corrente di eccitazione.

14. Avvolgimento di Campo Alternatore e Dinamo Serie

• L'avvolgimento di campo dell'alternatore di eccitazione in serie è costruito con pochi giri e una grande sezione dei conduttori perché la corrente che attraversa l'avvolgimento dell'induttore è elevata.
• Lo svantaggio delle dinamo con avvolgimento in serie è che, quando lavorano a vuoto, non si eccitano perché la corrente è zero. Inoltre, quando il carico aumenta molto, anche il flusso indotto e la tensione ai morsetti del generatore aumentano.

15. Eccitazione Composta e Vantaggi

• L'**eccitazione composta** si ha in una dinamo il cui campo è causato da due avvolgimenti induttori indipendenti: uno disposto in serie con l'indotto e uno in derivazione (shunt) collegato al circuito formato dagli avvolgimenti dell'armatura, dai poli ausiliari e dall'avvolgimento induttore in serie.
• Il vantaggio è che la tensione fornita dal generatore al carico è molto più stabile per tutto l'intervallo di carico del sistema.

16. Prove sui Generatori

• Per studiare il comportamento dei generatori vengono effettuate diverse prove:
  • Caratteristiche a vuoto
  • Caratteristiche di carico
  • Caratteristiche di eccitazione o di regolazione
  • Caratteristiche di corto circuito
  • Funzionamento esterno
  • Funzionamento interno

17. Elementi Necessari per le Prove e Schema

• Gli elementi necessari per eseguire queste prove includono:
  • Motore di trascinamento con regolazione e controllo della velocità.
  • Alimentazione CC regolabile per il motore di trascinamento.
  • Alimentazione CC regolabile per l'eccitazione della dinamo.
  • Strumenti di misura di campo, tensione e corrente nei diversi circuiti.
  • Un tachimetro per misurare la velocità della dinamo.
  • Reostati per regolare la corrente dell'armatura o di eccitazione.
• [Schema generale per le caratteristiche a vuoto non fornito nel testo originale]