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La macchina in corrente continua

Anche questo tipo di macchina si tratta di una macchina dinamica, costituita pertanto da una parte fissa (statore in cui vi è il circuito di induttore) e da una parte mobile (rotore in cui vi è il circuito di indotto).
Fin qui sembra essere molto simile alla macchina asincrona, anche se il circuito di eccitazione chiamato anche induttore viene alimentato in corrente continua.
Il funzionamento di questa macchina si basa sulla creazione di un flusso costante nel tempo, il quale provocherà nel circuito di indotto delle tensioni indotte aventi leggi alternative, in quanto il circuito di indotto è posto in rotazione dal rotore.
Riusciremo a prelevare corrente e tensione continua, dal circuito di indotto (se stiamo parlando di funzionamento da generatore o più usualmente da dinamo) grazie alla presenza del collettore a lamelle, il cui funzionamento verrà in seguito spiegato.
La macchina, come quelle fin'ora viste, è reversibile, potendo funzionare pertanto da:
  • generatore: dinamo;
  • motore;
immagine di una macchina in corrente continua

Circuito magnetico principale, statorico
Lo statore è la parte fissa della macchina, in cui si trova il circuito di induttore (eccitazione).
In quanto l'eccitazione è data da una corrente in corrente continua, non abbiamo fenomeni di isteresi e di correnti parassite, pertanto lo statore è composto da lamierini in acciaio di qualche millimetro di spessore, avente forma circolare.
Nella parte interna di tale corona, abbiamo i poli magnetici, costituiti da un'espansione polare. Attorno all'espansione polare viene posto l'avvolgimento di eccitazione della macchina.
Le espansioni polari sono costituite da lamierini ferromagnetici.

Circuito d'induttore elettrico
L'avvolgimento di induttore, ha il compito di creare il campo magnetico principale della macchina ed è costituito da bobine a forma di solenoide poste sui poli statorici.
In base al circuito di eccitazione, possiamo distinguere diversi tipi di macchine in corrente continua:
  • eccitazione indipendente;
  • autoeccitate;
Nelle macchine con eccitazione indipendente, l'avvolgimento d'induttore è separato da quello di indotto avendo una propria sorgente di alimentazione in DC.
Il circuito che lo rappresenta è il seguente:

Nelle macchine autoeccitate, la potenza necessaria per l'eccitazione viene fornita dalla macchina stessa, in base alle seguenti modalità:
  • eccitazione in serie: l'avvolgimento di eccitazione è posto in serie a quello di indotto e le correnti e sono uguali tra loro.
  • eccitazione in derivaizione: l'avvolgimento di eccitazione è posto in parallelo a quello di indotto e la corrente costituisce una piccola frazione della corrente ;
  • eccitazione composta: la macchina ha sia l'eccitazione in serie che in derivazione;

Circuito magnetico rotorico
Il nucleo magnetico rotorico, è di forma cilindrica ed è la parte mobile della macchina.

Esso è costituito da lamierini ferromagnetici, in quanto è sede di forze elettormotrici alternative, e dunque è soggetto a fenomeni di isteresi e correnti parassite.
Sulla superficie esterna si trovano le cave entro cui sono posati i conduttori del circuito di indotto.

Circuito di indotto
Come abbiamo detto sopra, tale circuito composto da N conduttori, viene immesso nelle cave rotoriche.
Essenzialmente costituisce un circuito chiuso, dove si vuole avere:
  • tensione totale, in ogni istante, nulla;
  • fra punti prestabiliti dello stesso (mediante le lamelle del collettore) si vuole prelevare il massimo valore di tensione indotta;
La tensione costante si ottiene tra le spazzole mediante l'impego del collettore a lamelle.
Strutturalmente i conduttori di tale avvolgimento vengono posti ad una distanza pari al passo polare, per cosi avere tensioni indotte concordi.
Tale circuito può essere costruito con diversi tipi di avvolgimenti tra i quali riportiamo di seguito quelli più usuali:
  • avvolgimento di tipo parallelo semplice;
  • avvolgimento di tipo serie;
avvolgimento parallelo sempliceavvolgimento serie
Osservazioni:
- La sezione dell'avvolgimento può essere costituita da un solo conduttore (a sbarre) o da più conduttori (matassa);
- L'avvolgimento di indotto riculta chiuso su se stesso;

La scelta del tipo di avvolgimento è legata all'intesità della corrente e della tensione: gli avvolgimenti a più vie interne consentono di suddividere la corrente tra i diversi circuiti interni e sono quindi usati per macchine a elevata corrente e bassa tensione, mentre quelli ondulati sono adatti per macchine con tensioni elevate e basse correnti.
Definizione: vie interne
Per vie interne si intende il numero dei rami in cui si divide l'avvolgimento, dunque il numero dei percorsi che segue la corrente. Questo numero è dettato in base al numero delle spazzole.
Numero di vie interne in base ai due tipi di avvolgimento
Il numero di vie interne lo si indica con 2a.

Collettore e spazzole
La funzione di tale dispositivo è essenziale per il funzionamento della macchina in corrente continua.
Esso è di forma cilindrica, costituito da un certo numero di lamelle conduttrici (di solito rame crudo) disposte sulla periferia cilindrica, isolate fra loro, come mostrato in figura:

Il collettore è collegato rigidamente con l'albero del motore, ma isolato elettricamente da esso.
Su ogni lamella vengono collegati due lati attivi dell'avvolgimento di indotto.
Dunque si può affermare che per avvolgimenti a doppio strato si avranno numero di lamelle uguale al numero di cave rotoriche, invece per avvolgimenti semplici (ad un solo strato), il numero delle lamelle coincide con la metà del numero delle cave rotoriche.
Sulle lamelle vi strisciano le spazzole, per prelevare le tensioni indotte. Le spazzole di solito sono costituite di metalgrafite.