Macchine Sincrone

Macchine Sincrone
Linee di campo in una macchina sincrona ed andamento del vettore induzione
magnetica al traferro
E’ il rotore che crea un flusso statico sinusoidale al traferro. Il flusso prodotto dal
rotore diventa rotante al momento in cui il rotore viene messo in rotazione da un
motore esterno.
Circuito equivalente.
Supponiamo che gli avvolgimenti di statore vengano chiusi su un carico trifase
equilibrato (tre impedenze uguali) come in figura:
Le tre fasi dello statore, alle quali inizialmente era presente una fem a vuoto E! 0 ,
erogano una terna di correnti trifasi I! , I! , I! .
1
2
3
Queste correnti a loro volta generano nel traferro una fmm, e quindi un campo
magnetico, rotante alla stessa velocità del campo rotorico.
Nei seguenti diagrammi si considerano solo le grandezze relative ad una fase che
vengono indicate con il pedice s.
! (fmm e flusso di eccitazione
Sono inizialmente considerati i fasori di F!e e Φ
e
prodotti dal rotore, che pur essendo continui sono di fatto, dal punto di vista dello
! produce
statore, grandezze sinusoidali, quindi è corretto considerarle dei fasori). Φ
e
la tensione a vuoto E! (90º in ritardo) la quale produce la corrente I! , in ritardo di un
0
s
angolo φ (impedenze ohmico induttive). La I!s genera la fmm F!s ed il flusso di
! , detto flusso di reazione o flusso di reazione di armatura.
statore Φ
s
Nell’ipotesi che la macchina lavori nel tratto lineare della caratteristica di
magnetizzazione si possono sommare i flussi di statore e rotore, che danno origine ad
! .
un flusso risultante Φ
r
E’ possibile, di conseguenza, scrivere anche che E! t = E! 0 + E! s , ossia la fem totale sarà
data dalla somma della fem a vuoto più una fem data dalla presenza del flusso di
statore (fem di armatura).
! = − jX I! ossia immaginare la fem di
E’ quindi possibile esprimere E! s = − jω N1Φ
s
sa s
reazione come prodotta dalla caduta su una reattanza, X sa , che viene chiamata
reattanza sincrona di armatura.
Considerando poi la resistenza degli avvogimenti di statore e Rs la reattanza di
dispersione X d si ottiene il circuito equivalente della macchina sincrona secondo il
modello di Behn Eschemburgh.
L’equazione di equilibrio è E! 0 = V! + Rs I!s + j ( X d + X sa ) .
Nella seguente figura sono rappresentati tre diagrammi vettoriali, relativi al
funzionamento su un carico puramente resistivo ( cos ϕ = 0 ), ohmico-induttivo
( cos ϕ > 0 ) e ohmico-capacitivo ( cos ϕ < 0 ) a parità di potenza attiva erogata
(proiezione del vettore I! su V! di lunghezza costante).
s
I diagrammi si costruiscono partendo da V! ed I!s sul carico, aggiungendo poi la
caduta sulla reattanza sincrona di armatura ottenendo quindi la E! . E’ anche riportata
0
la direzione del flusso di eccitazione (il vettore non indicato) a 90º in anticipo rispetto
alla fem a vuoto.
E’ evidente che per ( cos ϕ = 0 ) E! 0 e V! sono all’incirca uguali in ampiezza.
Per cos ϕ > 0 , E0 > V , perchè la corrente di statore tende a smagnetizzare il flusso di
eccitazione (hanno verso opposto), quindi è necessario aumentare l’eccitazione (e di
conseguenza E! 0 ) al fine di ottenere la V! necessaria.
Per cos ϕ < 0 il caso è opposto: E0 < V , in questo caso la reazione di armatura è
magnetizzante.
Nella figura successiva sono riportati i diagrammi vettoriali del funzionamento della
macchina sincrona da generatore e da motore. Da notare che nel funzionamento da
motore la corrente è assunta con la convenzione dei carichi, ossia con la corrente
entrante nel terminale alto, per cui l’equazione di equilibrio assume la forma
V! = E! 0 + Rs I!s + j ( X d + X sa )
Particolare costruttivo di un rotore a poli salienti, con 6 paia di poli (p = 6).
Rotore di un alternatore per centrale elettrica.
Alternatore di una centrale idroelettrica (ad albero verticale)