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Macchine in Corrente Continua Luca Di Rienzo. Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 2 Introduzione Le macchine in corrente continua.

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Presentazione sul tema: "Macchine in Corrente Continua Luca Di Rienzo. Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 2 Introduzione Le macchine in corrente continua."— Transcript della presentazione:

1 Macchine in Corrente Continua Luca Di Rienzo

2 Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 2 Introduzione Le macchine in corrente continua (DC) sono versatili e molto usate nellindustria. Possono operare come generatori o come motori, anche se il loro uso come generatori è piuttosto limitato, dato luso diffuso dellenergia elettrica in AC. Come motori sono molto comuni poiché la loro velocità può essere controllata con relativa facilità. In particolare vengono usati piccoli motori DC per realizzare dispositivi di controllo: i servomotori per il posizionamento. Lo statore di tale macchina è a poli salienti. Lavvolgimento di campo è sullo statore, quello di armatura è sul rotore. Una corrente continua percorre lavvolgimento di campo e produce il flusso magnetico nella macchina. La tensione indotta nellavvolgimento di armatura è alternata. Un commutatore meccanico o un convertitore AC/DC elettrico rendono la tensione dellavvolgimento di armatura unidirezionale.

3 Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 3 Principi di funzionamento Consideriamo una macchina a due poli. La distribuzione del flusso al traferro è quella mostrata in figura. Consideriamo un avvolgimento a-b posto sul rotore. I due morsetti sono collegati ad un anello conduttore. Due spazzole sono posizionate sui due anelli. Se il rotore è in rotazione, vengono indotte delle tensioni sui due conduttori. Essendo i due tratti di conduttore in serie, tali tensioni si sommano. La tensione complessiva e ab è quindi alternata e la sua forma donda nello spazio è la stessa di quella del flusso al traferro.

4 Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 4 Il Commutatore Sostituiamo i due anelli conduttori con due semianelli (che costituiscono il commutatore). Il segmento C a è connesso al morsetto a della spira e il segmento C b al morsetto b. Per una rotazione antioraria del rotore il morsetto sotto il polo N è positivo rispetto al morsetto sotto il polo S. Quindi la spazzola B 1 è sempre connessa al morsetto positivo e la spazzola B 2 al morsetto negativo. Quindi, anche se la tensione e ab ai morsetti della spira è alternata, la tensione alla spazzole e 12 è unidirezionale. In una macchina reale si usano molti avvolgimenti distribuiti e questi rendono la e 12 molto simile ad una tensione continua.

5 Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 5 Funzionamento come motore Nel funzionamento come motore, la corrente viene portata allavvolgimento di rotore attraverso le spazzole, che fanno sì che la corrente abbia sempre lo stesso verso nei conduttori sotto lo stesso polo, così da avere una coppia costante:

6 Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 6 Tensione di Armatura Quando il rotore ruota viene indotta una tensione ai morsetti dellavvolgimento di armatura (rotore). Essa sarà data da: dove l è la lunghezza del lato dellavvolgimento, m è la velocità meccanica, r è la distanza del conduttore dallasse del rotore. Il valore medio di tale tensione vale: Se è il flusso per polo, si ha che: Considerando che ci sono molti avvolgimenti distribuiti, lespressione finale vale:

7 Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 7 Coppia La forza su un conduttore del rotore in rotazione vale: dove i c e la corrente che lo percorre. La coppia sviluppata T c vale: e quindi la coppia media su un conduttore è: La coppia su tutta la spira è il doppio e considerando più spire distribuite: dove I a è la corrente di armatura, che percorre lavvolgimento di armatura. La costante K T con buona approssimazione è uguale alla costante di armatura Ka e il bilancio delle potenze viene rispettato:

8 Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 8 Configurazioni delle macchine DC A seconda dellalimentazione e del collegamento degli avvolgimenti di campo e di armatura si hanno differenti configurazioni:

9 Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 9 Collegamento in derivazione: caratteristica Coppia-Velocità Dallanalisi del circuito equivalente segue che da cui si ottiene:

10 Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 10 Collegamento in serie: caratteristica Coppia- Velocità Il collegamento impone che. Assumendo un legame lineare tra flusso e corrente di campo: da cui. Si derivano quindi le seguenti equazioni: Dal circuito equivalente: e quindi:

11 Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 11 Motori DC a magnete permanente (PM) Sono diventati sempre più diffusi per applicazioni che richiedono coppie relativamente basse ed un uso efficiente dello spazio. Differiscono da quelli fin qui considerati perché il campo magnetico dello statore è prodotto da poli convenientemente costituiti di materiale magnetico. Il principio di funzionamento di base, compreso quello del commutatore, è invariata rispetto al motore DC con statore avvolto. Ciò che cambia è che ora non cè eccitazione di campo. La coppia prodotta è data da: La contro fem è data da:

12 Luca Di Rienzo – Dipartimento di Elettrotecnica Carlo Erba 12 Confronto tra motori DC a campo avvolto e PM I motori PM sono più piccoli e più leggeri dei motori a campo avvolto per una data potenza nominale. Inoltre hanno maggiore efficienza data la mancanza di perdite nellavvolgimento di campo. Un ulteriore vantaggio dei motori PM è la loro caratteristica velocità-coppia essenzialmente lineare, che ne rende molto più semplice lanalisi e il controllo. Anche linversione della rotazione si ottiene facilmente, invertendo la polarità della sorgente. Un notevole svantaggio dei motori PM è che possono smagnetizzarsi se vengono esposti a campi magnetici elevati o a temperature troppo alte o troppo basse. Uno svantaggio meno ovvio dei motori PM è che le loro prestazioni variano da motore a motore più che nei motori avvolti, date le variazioni dei materiali ferromagnetici. Rotore Statore a magneti permanenti


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