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Macchina sincrona - funzionamento a vuoto

 

Il generatore sincrono è detto anche alternatore perché la f.e.m. da essa prodotta è generalmente alternata sinusoidale. La relazione tra velocità del rotore e frequenza della tensione prodotta è data dalla formula:
                            60 f
                     n = ------
                              p
ove n= numero di giri al minuto
f= frequenza in Hz
p = numero di coppie di poli magnetici,

Per capire devi anche conoscere:
Induzione al traferro


Il rotore viene costruito in modo da produrre una distribuzione dell'induzione magnetica ad andamento sinusoidale.

B= BMsenwBt
dove wB è la pulsazione dell'induzione sinusoidale.
Nella figura il rotore è a poli salienti (sporgenti) e la distribuzione sinusoidale dell'induzione viene ottenuta modellando la scarpa polare. Nei rotori a poli lisci la distribuzione sinusoidale si ottiene distribuendo opportunamente i conduttori sulla periferia del rotore che è a sezione circolare.

F.e.m. indotta in un conduttore di statore


Sullo statore, lungo l'asse della macchina, vengono installati avvolgimenti che formano delle spire rettangolari, con due lati disposti parallelamente all'asse di rotazione della macchina. Questi due lati sono i lati attivi della spira , sono cioè quelli in cui si genera la f.e.m. indotta. Supponendo che questi lati siano di lunghezza l. Intorno ad essi, per effetto della rotazione a cui è sottoposto il vettore induzione B trascinato dal rotore, si determina una variazione di flusso DF. Si ottiene, per la legge di Faraday, in ognuno dei tratti l una f.e.m. indotta pari a:

e = B l v

dove v è la velocità lineare.  Essendo w la velocità angolare del rotore si ha:

                                 v = w r            e quindi

                                       e= B l w r

Poichè l'induzione B ha andamento sinusoidale B = BMsenwBt  in definitiva si ottiene:

                                 e= BM l w r senwBt
che rappresenta la f.e.m. indotta in ogni lato delle spire. La f.e.m. ai morsetti sarà la somma delle f.e.m. di tutti i lati delle spire.
Relazione tra velocità del rotore e frequenza della tensione
Dalla prima figura si può intuire che per un giro completo ( 360°)della ruota polare ( a 2 coppie di poli) un conduttore posto sullo statore viene interessato 2 volte dalla massima variazione positive di flusso e 2 volte dalla massima variazione di flusso negativo, cioè varia tracciando 2 sinusoidi complete.
Essendo la f.e.m. indotta sinusoidale e proporzionale a tale variazione anche essa segue lo stesso andamento, vale a dire 2 sinusoidi complete.
 Se la ruota avesse una sola coppia di poli parimenti la tensione sinusoidale farebbe una sola oscillazione sinusoidale.
Se la ruota polare avesse 3 coppie di poli, la f.e.m. indotta in ogni conduttore statorico, per ogni giro della coppia polare, traccerebbe un andamento pari a 3 sinusoidi complete.
Sinteticamente per :
1 coppia di poli: 1 giro/secondo (N) --> 1(p) oscillazione/secondo(f)
2 coppie di poli: 1 giro/secondo (N) --> 2(p) oscillazioni/secondo (f)
3 coppie di poli: 1 giro/secondo (N) --> 3(p) oscillazioni/secondo (f)

Ciò significa che la frequenza della f.e.m. indotta è in rapporto costante con la velocità angolare e questo rapporto è uguale al numero di coppie polari dell'induttore (p):
                                              f
                                    N = ------
                                              p
se la velocità la esprimiamo con n ( numeri di giri al minuto) allora la stessa espressione si scrive
                                           60 f
                                    n = ------
                                             p

NihilScio -NS-  Roberto Iuppariello