Macchina Sincrona Trifase

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Macchina Sincrona Trifase

La macchina Sincrona nel campo industriale trova largo Impiego nell’utilizzo come generatore di energia elettrica trifase (Alternatore)

L’alternatore è una macchina elettrica rotante e il suo principio di funzionamento è basato sulla legge fisica dell'induzione elettromagnetica, che converte l'energia meccanica fornita dal motore primo in energia elettrica sotto forma di corrente alternata.

Legge fisica dell’induzione elettromagnetica

Nasce una corrente indotta ogni volta che si ha una variazione del flusso magnetico attraverso la superficie di un circuito. Se c’è una corrente indotta, ci deve essere una forza elettromotrice (indotta) che la produce.

Molti esperimenti, condotti alla metà dell’Ottocento, hanno portato alla legge dell’induzione elettromagnetica, detta legge di Faraday Neumann:

il valore della forza elettromotrice indotta è uguale al rapporto tra la variazione del flusso del campo magnetico e il tempo necessario per avere tale variazione:

e = ∆Ф/∆t

Nella macchina sincrona questa variazione di flusso è realizzata facendo ruotare, internamente all’avvolgimento di indotto (statore), un elettromagnete eccitato in corrente continua^.

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L’alternatore è costituito:

- Da un induttore (rotore), destinato a produrre il campo magnetico;

- Da un indotto (statore), nella quale si inducono le f.e.m.

- Il traferro, può essere a spessore costante (poli lisci) o variabile (poli salienti);

- Da una eccitatrice, destinata a mantenere costante il capo magnetico prodotto dall’induttore

Il sistema Induttore del generatore sincrono è costituito da una successione di poli magnetici solidali al rotore della macchina, alimentati in corrente continua L’alimentazione del circuito induttore delle macchine sincrone richiede l’impiego di opportuni sistemi di eccitazione che, siano in grado di produrre ^energia e regolare l’intensità della corrente di eccitazione, da cui dipendono i valori del flusso magnetico necessari per poter generare le delle tensioni i

E = B ∙ ℓ ∙ v ∙ senᵩ

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Eccitatrice bruschells

Dall’inglese (senza spazzole), si dice di un alternatore senza spazzole e anelli. È costituito essenzialmente da un alternatore, con l'avvolgimento indotto rotante e quello induttore fisso.

L’eccitatrice è coassiale all’alternatore

L’indotto rotante della brushless genera una f.e.m. in corrente alternata che successivamente viene raddrizzata e inviata ad alimentare gli avvolgimenti (poli magnetici) dell’induttore dell’alternatore posto sul rotore.

Induttore dell’alternatore

I poli magnetici , si differenziano in poli lisci e poli salienti

Il rotore a poli lisci, ha un ingombro radiale più contenuto così che la sollecitazione centrifuga cui sono sottoposti i poli con i relativi avvolgimenti durante la rotazione del rotore è più contenuta, per questo motivo il rotore a poli lisci viene adottato per elevate velocità di rotazione (1500 o 3000 𝒈/𝒎).

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La struttura dei poli salienti, essendo l’eccitazione in corrente continua, il flusso nel nucleo del polo è costante e, quindi, il circuito magnetico del rotore può essere realizzato in ferro massiccio. Solo la parte più estrema dell’espansione polare (chiamata scarpa polare) nei poli salienti deve essere fatta coi lamierini.

Il numero giri risulta essere = n = 60∙f p p= coppie polari;

f = frequenza (la frequenza è il numero di periodi T al secondo) 60= secondi ( minuto primo)

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Indotto dell’alternatore

Il sistema indotto è costituito da tre gruppi di avvolgimenti sfasati di 120°

collegati in una morsettiera che ci permette di collegarli a stella o a triangolo in virtù della tipologia del carico elettrico da alimentare.

Il collegamento a triangolo ha un sistema di tensione (tensione concatenata) e due sistemi di corrente (corrente di linea e corrente di fase)

Il collegamento a stella ha due sistemi di tensione ( tensione concatenata e tensione di fase) e un sistema di corrente)

Funzionamento a vuoto dell’alternatore

Nel funzionamento a vuoto di un alternatore si evince come varia alla velocità costante, l’andamento della f.e.m. indotta ai capi dell’alternatore in funzione della corrente di eccitazione.

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il tratto OA della caratteristica è dovuto al magnetismo residuo nello statore della macchina ( composto da lamierini)

Funzionamento a carico dell’alternatore

Quando l’alternatore funziona collegato a una rete a tensione costante, la corrente di eccitazione non può rimanere costante, ma deve essere variata in modo che, per ogni valore di corrente, la tensione indotta sia tale da mantenere costante la tensione ai morsetti della macchina

Quando all’alternatore si collega un carico elettrico esso subisce un fenomeno chiamato: reazione d’indotto. Nell’alternatore funzionante sotto carico, è dovuto alla presenza del campo magnetico prodotto dai

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conduttori dell’indotto percorsi da corrente. Il campo d’indotto ha un’intensità che dipende dall’entità della corrente erogata e i suoi effetti si sommano a quelli prodotti dal campo magnetico induttore

Possiamo affermare che la reazione d’indotto è un complesso di fenomeni di tipo elettrico (natura del carico) e meccanico (perdite) che si verificano nell’alternatore.

Con carichi induttivi, ohmico-induttivi e ohmici, la corrente di eccitazione deve aumentare all’aumentare della corrente di carico, in quanto la reazione di indotto smagnetizzante tende a diminuire la tensione:

occorre aumentare l’eccitazione per contrastare la diminuzione di flusso.

Con carichi capacitivi e ohmico-capacitivi, la corrente di eccitazione deve diminuire all’aumentare della corrente di carico, in quanto la reazione di indotto magnetizzante tende ad aumentare la tensione: occorre ridurre l’eccitazione per contrastare l’aumento di flusso magnetico.

Le perdite nel ferro per isteresi e correnti parassite, imputabili quasi interamente allo statore: non sono costanti in quanto dipendono dal flusso e quindi sono influenzate dalla reazione di indotto, dalla corrente erogata e dal fattore di potenza (sono maggiori quando il carico è induttivo).

Mentre le perdite meccaniche sono in particolar modo quelle per attrito e ventilazione

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Parallelo delle macchine sincrone

Parallelo significa: accoppiare più alternatori facendoli funzionare alla stessa tensione e frequenza, con i morsetti omonimi direttamente collegati ad un sistema di sbarre, uguale senso ciclico delle fasi

La potenza elettrica richiesta è suddivisa su più gruppi elettrogeni, in modo tale da assicurare una maggiore continuità ed affidabilità del servizio e migliorare le prestazioni di ciascuna macchina generatrice

Pertanto Quando la potenza elettrica richiesta dalla rete supera circa il 70% della potenza nominale dell’alternatore inserito in rete

Far notare agli allievi che il parallelo non va fatto solo per fabbisogno energetico, infatti se si vuole garantire una continuità nell’alimentare le utenze, al verificarsi di un’anomalia al gruppo (d/a) inserito in rete, attraverso l’inserzione momentanea (transitorio) di una seconda macchina in parallelo, l’operatore potrà immediatamente fermare il gruppo generatore in avaria, stessa cosa per la manutenzione programmata (ore di moto) La strumentazione di parallelo che serve per poter eseguire una manovra corretta è la seguente:

• Voltometro;

• Amperometro;

• Frequenzimetro;

• Sincronoscopio

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I sincronoscopio possono essere del tipo:

 Sincronoscopio con zerovoltmetro e lampade spente;

 Sincronoscopio a lampade rotanti (una spenta e 2 accese);

 Sincronoscopio con zerovoltmetro e lampade accese

Condizioni per poter fare un parallelo le macchine è necessario che :

a) Uguali tensioni;

b) Stessa frequenza;

c) Uguale senso ciclico delle fasi

Ciò premesso, per collegare un alternatore ad un altro alternatore già funzionante è necessario:

1° - portare l’alternatore che deve essere inserito in parallelo a velocità uguale o prossima a quella di sincronismo;

2° - eccitare l’alternatore fino a che il voltometro segni la stessa tensione dell’alternatore già inserito in rete;

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3° - regolare la velocità dell’alternatore da collegare fino a quando le lampade di sincronismo (se il sincronoscopio e costituito da due lampade spente e lo zero-voltometro) rimangono spente per un tempo sufficiente e lo zero- voltometro si trova in fase discendente da 10V verso lo zero

4° - chiudere l’interruttore di macchina quando le sue lampade del sincronoscopio sono spente e lo zero-voltometro il suo indicatore è in fase discendente da dieci a zero.

A questo punto l’alternatore è collegato in parallelo con quello già in servizio ma funziona ancora a vuoto. Per trasferire parte della potenza attiva (KW) sul nuovo alternatore occorre agire sui varia giri delle due motrici, ossia aumentando la potenza meccanica (significa aumentare i giri in quanto Pm

= Cr ∙ ω = Cr ∙ (2∙π∙n)) della motrice dell’alternatore appena inserito in parallelo, diminuendo contemporaneamente la potenza meccanica cioè i numeri di giri del motore che aziona l’alternatore già in servizio.

Una volta equo ripartita la potenza attiva (KW) su entrambi i generatori dobbiamo ripartire le perdite elettriche cioè la potenza reattiva (Q= √𝟑 ∙ V ∙ I ∙ senᵩ) su entrambi gli alternatori, pertanto agendo sulle regolazione della tensione di entrambi gli alternatori per mezzo della calibrazione della corrente di eccitazione andremo a ripartire la potenza reattiva attraverso la regolazione del fattore di potenza.

La Potenza reattiva risulta essere uguale: Q = √𝟑 ∙ V ∙ I ∙ senᵩ Pertanto:

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Aumentando la corrente di eccitazione aumenta la tensione e poiché il senᵩ è inversamente proporzionale alla tensione esso diminuisce, di conseguenza diminuisce la potenza reattiva.

Attenzione: l’angolo ᵩ nel triangolo delle potenze tende a diminuire, e di conseguenza anche la potenza reattiva

Ossrvazioni___________________________________________________________

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