1

MACCHINE SINCRONEMACCHINE SINCRONE

Forze magnetomotrici e circuiti magnetici Forze magnetomotrici e circuiti magnetici

Costruzioni elettromeccanichea.a. 2003 -04

bozza

2

dimensioni di riferimento

L

D

3

Iecc

Scopo del calcolo è determinare la corrente di eccitazione Iecc per ottenere la fmm Mecc necessaria alla generazione del flusso al traferro (flusso principale) voluto

Calcolo delle forze magnetomotrici

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flusso induzione massima Bmax

campo magnetico H = Bmax M = H lcir

Schema logico del calcolo

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Flusso in una macchina sincrona funzionante a vuoto

> 2,62,345 – 2,62,11 – 2,3451,876 – 2,111,641 – 1,8761,407 – 1,6411.172 – 1,4070,9379 – 1,1720,7034 – 0,93790,4689 – 0,70340,2345 – 0,4689< 0,2345

(T)

6

giogo di induttore

giogo di indottopolo

Circuito magnetico elementare

7

Circuito magnetico elementare

m

N

S

traferro

polo

giogo d’indotto

giogo d’induttore

induttoregindottogpolodentitraferrotot MMMMMM ..222

denti

8

N S

flusso disperso nella scarpa polare

flusso disperso sui fianchi del polo

flusso nella corona d’induttore

flusso nella corona d’indotto

flusso al traferro

flusso nel polo

flusso al traferro (flusso principale)

flusso disperso nella scarpa polare sp ~ 0,15

flusso disperso sui fianchi del polo fp ~ 0,10

flusso nella corona d’indotto (statore) s = /2

flusso nel polo p = + fp + sp ~ 1,25

flusso nella corona d’induttore (rotore) r = p/2

Flusso principale e flussi dispersi

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L

traferro

medio valor

efficace valorek f per grandezze sinusoidali

2

max

m

B

B

Bmax B(x)

xv

/2 /2

Bm

D

xB xsin0

mf BkB 20

mBL maxBL2

supponendo B(x) sinusoidale

10

maxBL2

L = lunghezza assiale, compresi eventuali canali di ventilazione

= passo polare

= traferro

ABmax maxmax B

BH 6

0

108,0

maxBHM 6108,0

LA 2

maxBAsezione equivalente al traferro

Llc

canale di ventilazione

11

c

a

kc = 1,05 1,15

ckLA

12 maxBL

2

maxc

BAk

LB

1

2

max

coefficiente di Carter

Bmax

B(x)

Bm

x

v

/2

/2

B(x) in assenza dei denti di statore

12

Canali di ventilazione nel pacco statorico

D/2

L

canali di ventilazioni

pacchi magnetici elementari

traferro

piastra e dita pressapacco

barra pressapaccolc

rotore

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lc

l

Bmax

Per la presenza dei canali di ventilazione e della distorsione del campo da essi prodotta LlBmax

ccanceff lnLL ncan = numero dei canali di ventilazione

c = fattore empirico di riduzione

altra relazione empirica

effmax LBsi pone quindi

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Montaggio elastico del pacco statorico sostenuto da sbarre cilindriche

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d : numero totale dei denti

p numero dei poli

d/p : numero di denti per polo

Denti di statore

hd

bd

Bd

Bmax

Leff

dddeffd BABLbp

d

2

dd BH1

d

d AB

ddd hHM

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ddd SB

effddpd LlnS

000 SBSB ddd

effcdp LlnS 0

lontano dalla saturazione

vicino alla saturazione

Bd >~ 1,7 TBd

d

0

hd

ld

Bd

lc

d

ndp = n° di denti per polondp = n° di denti per polo

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H0 Ht0

Htd

Hd

d0

Bd

Hd

dB

dH

0 deffLB

ddd SB

000000 SHSB

000 SHLBSB effdd

dd

d

pd

dd

S

SH

S

lBB

HfB

00

0ttd HH

dHH 0

poiché deve essere

possiamo ritenere

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Flusso nel ferro: dimensioni si riferimento

hp

hs

hr

bp

Leff

giogo d’induttore (rotore)

espansione polare

giogo d’indotto (statore)

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pp BH1

peff

pp bL

B

ppp hHM

2,1pdisp

spsp

fpfp

hp

Espansione polare

fpsppdis

• flusso disperso sulla scarpa del polo sp 0,15 • flussi disperso sui fianchi del polo fp 0,10

il flusso disperso nei fianchi del polo non è uniformemente distribuito ma è maggiore vicino al giogo di rotore dove interessa una distanza in aria minore: si fa riferimento a un flusso medio = con 0,5

20

Giogo (o corona) d’indotto

effsss LhB2

1

effss Lh

B2

gg BH sss HM

ss

hss L’induzione non è costante lungo il

giogo di statore (vedi diap. n°4) per cui si fa riferimento ad un valor medio

sgs BB

con g coefficiente empirico: di solito g = 3/8

21

Giogo (o corona) d’induttore

Flusso totale nel giogo d’induttore

fpsptotale

10,0fp

15,0sp

25,1totale

2totale

rot

effr

rotrot Lh

B

rotrot BH

rotrotinduttoreg HM .

hr r

r

fpfp

spsp

rot

L’induzione non è costante lungo il giogo di statore (vedi diap. n°4) per cui si fa riferimento ad un valor medio

rotrotrot BB

con rot coefficiente empirico: di solito rot = 3/8

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N S

Iecc N spireMp

Md

Mgrot

Mgstat

Md

Mp

MM

Il contibuto maggiore a questa somma è dato dalla fmm nel traferro e da quella nei denti di statore; in un calcolo di prima approssimazione le altre possono essere trascurate.

grotgstatpdecc MMMMMNI 2222

Corrente di eccitazione per ottenere il flusso principale

In mancanza di altre fmm che agiscano su circuito magnetico (funzionamento a vuoto)

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avolgimento di eccitazione –

N spire per ogni polo

Iecc

collettore ad anelli

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D

Macchina a rotore liscio (macchina isotropa)

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N (7) spire

Rotore liscio di un alternatore di grande potenza

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Il calcolo dei circuiti magnetici per le macchine a rotore liscio si esegue applicando gli stessi criteri adottati per le macchine a poli salienti, tendo conto che:

Il flusso di dispersione per l’avvolgimento d’induttore può essere globalmente valutato pari a circa il 5%

il coefficiente di Carter deve essere applicato sia allo statore che al rotore in quanto anche quest’ultimo ha cave ed avvolgimento distribuito

Nelle macchine a rotore liscio non è possibile agire sul traferro per ottenere una forma d’onda dell’induzione prossima a quella sinusoidale; si agisce pertanto sulla posizione delle cave e sulla corrente totale in ciascuna di esse, ripartendo in modo non uniforme i conduttori nelle stesse