AVVOLGIMENTI NELLE MACCHINE ELETTRICHE ROTANTI

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AVVOLGIMENTI NELLE MACCHINE ELETTRICHE ROTANTI

• Gli avvolgimenti nelle macchine elettriche
  rotanti si distinguono principalmente a seconda
  del tipo di corrente
• avvolgimenti in CORRENTE CONTINUA,
• avvolgimenti in CORRENTE ALTERNATA.
• Inoltre, a seconda del tipo di macchina
• SINCRONA,
• ASINCRONA,
• IN CORRENTE CONTINUA,
• si hanno tipi diversi di avvolgimenti su statore
  e rotore che costituiscono i circuiti elettrici
  di induttore e indotto.
• Inizieremo lo studio partendo dagli avvolgimenti
  in CORRENTE ALTERNATA nelle MACCHINE SINCRONE,
  poiché questi comprendono la maggior parte dei
  tipi di avvolgimenti che possiamo trovare nelle
  macchine elettriche rotanti.

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AVVOLGIMENTI NELLE MACCHINE ELETTRICHE ROTANTI
Unaltra distinzione tra avvolgimenti nelle
macchine elettriche rotanti è
Esempi nelle macchine SINCRONE

• Concentrati attorno ai poli salienti
• Distribuiti concentrati nelle cave
• Distribuiti nelle cave
• Distribuiti a sbarre

• rotore ai poli salienti (anisotropo)
• rotore liscio (isotropo)
• statore
• circuito smorzatore a gabbia (nel rotore a poli
  salienti)

corrente continua
corrente alternata
corrente alternata
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AVVOLGIMENTI IN CORRENTE ALTERNATA DISTRIBUITI
NELLE CAVE
Partiamo quindi dallo studio degli avvolgimenti
in corrente alternata distribuiti nelle cave che
sono presenti negli statori delle macchine
sincrone (e asincrone). I conduttori attivi,
interessati dalle f.e.m. utili ai fini della
conversione elettromeccanica, sono quelli
disposti nelle cave. Le connessioni frontali,
non sottoposte a f.e.m. utili, sono disposte
sulle fronti del pacco lamellare e servono per il
collegamento elettrico dei conduttori attivi.
Linsieme di due conduttori attivi collegati da
una connessione frontale si definisce
spira. Linsieme delle spire i cui conduttori
attivi sono disposti nella stessa coppia di cave
è la matassa (o bobina). I due lati di conduttori
attivi costituenti la matassa sono detti lati di
matassa. Le due connessioni frontali della
matassa sono dette teste (o testate) di matassa.
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AVVOLGIMENTI IN CORRENTE ALTERNATA DISTRIBUITI
NELLE CAVE
Gli avvolgimenti distribuiti nelle cave si
possono distinguere a seconda di

• singolo strato
• doppio strato

• disposizione in cava
• sviluppo periferico delle spire
• forme delle teste di matassa
• collegamenti tra matasse
• raccorciamento

• tipo A (spire lunghe)
• tipo B (spire corte)

• concentrici
• embricati

• a spirale
• ondulato

• a passo intero
• a passo raccorciato

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COPPIE POLARI

• Per comprendere il significato delle diverse
  distinzioni tra tipi avvolgimenti, dobbiamo prima
  di tutto ricordare che tutte le macchine
  elettriche rotanti sono costituite da un certo
  numero di circuiti magnetici, che corrisponde al
  numero di coppie polari (pp), il cui flusso si
  concatena con due circuiti elettrici quello di
  induttore (o di eccitazione) e quello di indotto.
• Il passo polare (?) è la distanza tra gli assi di
  due poli consecutivi lungo il traferro.
• In particolare, nella macchina sincrona il
  circuito elettrico di induttore si trova sul
  rotore e può presentarsi, come già detto, sotto
  forma di
• concentrato attorno ai poli salienti
• distribuito concentrato nelle cave.
• In entrambi i casi, il circuito elettrico di
  induttore della macchina sincrona è percorso da
  corrente continua.
• Poiché linduttore è rotante, anche il flusso
  magnetico da esso prodotto è rotante.

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CIRCUITI ELETTRICI E MAGNETICI NELLE MACCHINE
SINCRONE
Macchina sincrona con avvolgimento di induttore
(rotore) concentrato attorno ai poli salienti (pp
? 2)
Macchina sincrona con avvolgimento di induttore
(rotore) distribuito concentrato nelle cave (pp
1 o 2)
pp 3 ? n poli p 6 n cave di statore Q
36 n fasi m 3 n cave di statore per polo e
per fase q 2
pp 1 ? n poli p 2 n cave di statore Q
48 n fasi m 3 n cave di statore per polo e
per fase q 8
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AVVOLGIMENTI DI STATORE NELLE MACCHINE SINCRONE
Faremo riferimento a macchine sincrone TRIFASI (m
3), aventi 3 avvolgimenti di fase disposti a
120 elettrici luno dallaltro. Il legame tra
angolo elettrico ? e angolo meccanico (o
geometrico) ? è
pp paia poli
Ad ogni passo polare ? corrispondono 180
elettrici. Ogni avvolgimento di fase occupa 1/3
delle cave complessive Q. Considerando per il
momento solo avvolgimenti A PASSO INTERO, in
ciascun passo polare ? ogni avvolgimento di fase
occupa q cave su 60 elettrici (180/3)
p numero poli 2pp
m numero fasi 3
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AVVOLGIMENTI DI STATORE NELLE MACCHINE SINCRONE
Considerando solo avvolgimenti A PASSO INTERO, i
gruppi di q cave occupate dallo stesso
avvolgimento di fase che si susseguono lungo lo
statore distano tra loro di 180 gradi elettrici,
cioè di un passo polare ?. I successivi gruppi di
lati attivi devono essere percorsi
alternativamente in un senso e nellaltro. Con
questi criteri, è possibile assegnare le cave
alle 3 fasi e stabilire i sensi di
percorrenza. Consideriamo una macchina sincrona
trifase a 4 poli con 2 cave di statore per polo e
per fase m 3 , p 4 , q 2 ? n cave di
statore Q qmp 234 24. Disegniamo lo
sviluppo in piano dello statore
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AVVOLGIMENTI DI STATORE NELLE MACCHINE SINCRONE
Il criterio è di assegnare la cava 1 alla prima
fase (A). Poiché q 2 ? si assegnerà anche
la cava 2 alla prima fase (A). Si assegneranno
quindi alla prima fase (A) anche i gruppi di cave
7-8, 13-14, 19-20 che si trovano a 180 gradi
elettrici luno dallaltro. I versi di
percorrenza delle cave 7-8 saranno opposti a
quelli delle cave 1-2.
Poiché la seconda fase (B) deve essere distante
120 dalla prima fase (A), ad essa verranno
assegnati i gruppi di cave 5-6, 11-12, 17-18,
23-24.
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AVVOLGIMENTI DI STATORE NELLE MACCHINE SINCRONE
Analogamente, alla terza fase (C) si assegnano i
gruppi di cave 9-10, 15-16, 21-22, 3-4
Supponiamo, per il momento, di avere un solo
conduttore per cava (singolo strato) ? n
totale conduttori Nt 24 ? n conduttori per
fase N Nt/3 8 Quindi ogni avvolgimento di
fase sarà costituito da N 8 conduttori che
dovranno essere collegati tra loro. N.B. I versi
indicati nei disegni rappresentano i versi di
percorrenza dei conduttori inseriti nelle cave.
Il verso della f.m.m. è determinato
dallandamento nel tempo delle correnti che
circolano nei tre avvolgimenti di fase.
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AVVOLGIMENTI DI STATORE NELLE MACCHINE SINCRONE
Gli andamenti nel tempo di iA(t), iB(t) e iC(t)
sono sfasati di 2?/3
Allistante t 0
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AVVOLGIMENTI DI STATORE NELLE MACCHINE SINCRONE
Perciò, allistante t 0, la f.m.m. sviluppata
dalle correnti circolanti nei 3 avvolgimenti di
fase dello statore avrà questa forma
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DISPOSIZIONE IN CAVASINGOLO O DOPPIO STRATO

• Gli avvolgimenti in alternata possono essere
  disposti in cava
• a SINGOLO STRATO, quando ogni cava contiene un
  solo lato di matassa
• ? il numero di matasse è uguale alla metà del
  numero di cave Nm Q/2
• a DOPPIO STRATO quando ogni cava contiene due
  lati di matassa
• ? il numero di matasse è uguale al numero di
  cave Nm Q
• Gli avvolgimenti a DOPPIO STRATO sono più
  vantaggiosi perché
• le matasse sono tutte uguali fra loro (possono
  essere solo embricati e non concentrici)
• si adattano a un numero di cave tale per cui Q/m
  sia un intero (a singolo strato deve essere un
  intero Q/2m)
• presentano la massima simmetria sia meccanica
  sia elettromagnetica
• permettono la costruzione di avvolgimenti
  raccorciati.

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SVILUPPO PERIFERICO DELLE SPIRESPIRA LUNGA
(tipo A) O CORTA (tipo B)

• A seconda dello sviluppo periferico delle spire
  rispetto al passo polare si hanno
• avvolgimenti a SPIRA LUNGA (o di TIPO A o a POLI
  OMONIMI) si collegano tutti i conduttori di una
  fase posti sotto un polo con tutti i conduttori
  della stessa fase che si trovano sotto il polo
  adiacente. Successivi gruppi di bobine sono
  percorsi nello stesso senso.

connessioni frontali (teste di matassa)
conduttori attivi
connessioni frontali (teste di matassa)
Esempio con avvolgimenti CONCENTRICI
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SVILUPPO PERIFERICO DELLE SPIRESPIRA LUNGA
(tipo A) O CORTA (tipo B)

• avvolgimenti a SPIRA CORTA (o di TIPO B o a POLI
  ALTERNI) si collegano metà dei conduttori di una
  fase posti sotto un polo con metà dei conduttori
  della stessa fase che si trovano sotto il polo
  seguente laltra metà dei conduttori viene
  collegata con metà dei conduttori della stessa
  fase che si trovano sotto il polo precedente.
  Successivi gruppi di bobine sono percorsi
  alternativamente in un senso e nellaltro.

connessioni frontali (teste di matassa)
conduttori attivi
connessioni frontali (teste di matassa)
Esempio con avvolgimenti CONCENTRICI
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SVILUPPO PERIFERICO DELLE SPIRESPIRA LUNGA
(tipo A) O CORTA (tipo B)

• avvolgimenti a SPIRA LUNGA (o di TIPO A o a POLI
  OMONIMI)

connessioni frontali (teste di matassa)
Esempio con avvolgimenti EMBRICATI
collegamenti tra matasse

• avvolgimenti a SPIRA CORTA (o di TIPO B o a POLI
  ALTERNI)

connessioni frontali (teste di matassa)
Esempio con avvolgimenti EMBRICATI
collegamenti tra matasse
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FORME DELLE TESTE DI MATASSA CONCENTRICI O
EMBRICATI
Gli avvolgimenti CONCENTRICI presentano matasse
disuguali, interne le une alle altre e non
presentano incroci alle testate ? disposizione
su ordini distinti ? non consentono il doppio
strato, né il raccorciamento.
conduttori attivi
connessioni frontali
Gli avvolgimenti EMBRICATI presentano matasse
tutte uguali, disposte in modo contiguo e
parzialmente sovrapposte tra loro ? di più
facile realizzazione pratica ? consentono il
doppio strato.
conduttori attivi
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FORME DELLE TESTE DI MATASSA CONCENTRICI O
EMBRICATI
Esempio di avvolgimenti CONCENTRICI di tipo A
Esempio di avvolgimenti EMBRICATI di tipo A
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DISPOSIZIONE SU ORDINI DISTINTI(per avvolgimenti
CONCENTRICI)
Nel caso di avvolgimenti CONCENTRICI a singolo
strato, le testate sono disposte su ORDINI
DISTINTI. Se lavvolgimento è di TIPO A, le
testate possono essere disposte su 2 o 3 ordini.
2 ordine
1 ordine
1 ordine
2 ordine
collegamenti tra matasse
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DISPOSIZIONE SU ORDINI DISTINTI(per avvolgimenti
CONCENTRICI)
Se lavvolgimento è di TIPO B, le testate possono
essere disposte solo su 3 ordini le teste di
ogni avvolgimento di fase occupano completamente
un ordine.
3 ordine
2 ordine
1 ordine
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COLLEGAMENTI TRA MATASSEA SPIRALE O ONDULATI

• I collegamenti tra matasse, per formare gli
  avvolgimenti di fase, possono essere
• A SPIRALE, quando le matasse sotto una coppia di
  poli sono collegate tra loro. Adatto quando si
  hanno molti conduttori per cava.

A SPIRALE, concentrico, di tipo A
A SPIRALE, embricato, di tipo A
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COLLEGAMENTI TRA MATASSE A SPIRALE O ONDULATI

• ONDULATI, quando si collegano i conduttori sotto
  i poli successivi procedendo lungo le cave sempre
  nello stesso senso. Adatto quando si hanno pochi
  conduttori per cava o per gli avvolgimenti a
  sbarre. Non consentono il raccorciamento.

ONDULATO, concentrico (progressivo)
ONDULATO, embricato (progressivo)
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RACCORCIAMENTOPASSO INTERO O RACCORCIATO

• a PASSO INTERO quando la distribuzione dei lati
  di matassa nelle cave per ogni fase interessa un
  terzo del passo polare (?/3) ed è distante un
  passo polare (?) da quella successiva (lo
  sviluppo periferico medio della spira è di un
  passo polare).
• a PASSO RACCORCIATO quando i lati di matassa di
  ciascuna fase disposti sotto un polo coprono più
  di un terzo del passo polare (lo sviluppo
  periferico medio della spira è più piccolo del
  passo polare).
• Gli avvolgimenti a PASSO RACCORCIATO hanno i
  seguenti vantaggi
• minore lunghezza delle testate ? minori perdite
  per effetto Joule
• si eliminano o si attenuano alcune armoniche
  nella f.e.m. risultante.
• e svantaggi
• la f.e.m. risultante ha un valore più piccolo
  (3-10 in meno)
• difficoltà per lisolamento elettrico (entro
  alcune cave si trovano lati di matassa
  appartenenti a due fasi).