La dinamo è un generatore di corrente continua (diversamente dall'alternatore che è un generatore di corrente alternata).
La figura mostra le parti costituenti una dinamo, con riferimento
al caso di una macchina a due poli e due vie interne.
Per alcuni aspetti, che chiariremo più avanti, le macchine
attuali differiscono significativamente dalla schematizzazione
fatta, in particolare gli avvolgimenti d'indotto sono realizzati
a tamburo e la corrente continua generata è erogata
attraverso un sistema di spazzole e collettore a lamelle.
Il sistema induttore è ricavato nello statore
della macchina: si compone di un nucleo di ferro massiccio
che ha la funzione di convogliare il campo magnetico verso i poli
(la cui espansione, chiamata anche scarpa polare
è realizzata mediante lamierini per ridurre le perdite
nel ferro dovute al pennellamento delle linee di campo magnetico
nel passaggio dallo statore al rotore) e di un avvolgimento
induttore eccitato in corrente continua Ie che ha lo
scopo di generare il campo magnetico induttore.
Il sistema d'indotto è ricavato nel rotore
ed è costituito da un nucleo realizzato con lamierini
essendo il campo magnetico nel rotore variabile e dall'avvolgimento
d'indotto (chiamato anche d'armatura) chiuso in
cortocircuito. Nella figura tale avvolgimento è raffigurato
nella forma dell'anello di Pacinotti.
La corrente continua I viene erogata mediante due
spazzole di opportuno materiale che appoggiano sui conduttori
attivi che costituiscono l'avvolgimento d'indotto in una zona
ove tali conduttori sono privi d'isolamento (ovviamente non è
questo il sistema praticamente impiegato, bensì il collettore
a lamelle che vedremo più avanti). Tali spazzole, sistemate
sull'asse interpolare (asse neutro), sono tenute
ferme assieme allo statore e, quindi, realizzano un contatto
strisciante al rotore.
Immaginiamo ora che l'avvolgimento induttore sia percorso dalla
corrente d'eccitazione continua Ie [A] così che
ciascun polo sia attraversato dal flusso costante Fpp
[Wb], inoltre il rotore sia trascinato alla velocità W
[rad/s] da un motore primo esterno. I conduttori situati
nella parte esterna dell'anello, tagliando le linee del campo
magnetico induttore, saranno sede di f.e.m. indotte che, per la
regola della mano destra, saranno entranti nella parte sinistra
dell'anello ed uscenti nella parte destra. I conduttori che si
trovano invece nella parte interna dell'anello non saranno sede
di alcuna f.e.m. in quanto il campo magnetico induttore rimanendo
confinato nel nucleo dell'anello non taglierà tali conduttori
(ecco spiegato perché tali conduttori del tutto inattivi
vengono eliminati mediante la realizzazione dell'avvolgimento
d'indotto a tamburo). Durante la rotazione, uno stesso
conduttore si troverà alternativamente sotto i poli induttori
Nord e Sud, così che la f.e.m. in ciascun conduttore
sarà alternata nel tempo (noi faremo una trattazione
di prima armonica supponendo così sinusoidale
tale f.e.m.). Più precisamente la f.e.m. istantanea in
un conduttore è nulla quando il conduttore attraversa l'asse
interpolare y - y , è massima positiva o negativa
quando attraversa l'asse polare x - x.
A causa della simmetria con la quale i conduttori sono collocati
sull'anello, la f.e.m. alternata in ciascun conduttore risulta
sfasata di un angolo pari ad 
rispetto
a quella nel conduttore adiacente. Nel nostro caso, essendo il
numero di conduttori attivi N = 16 ed essendo il numero
di coppie polari p = 1 , avremo a
= 22,5°. Gli N conduttori si trovano in serie
tra di loro così che è nulla la f.e.m. complessiva
che agisce nell'indotto essendo questa data dalla somma vettoriale
di N vettori uguali in intensità e disposti a stella
simmetrica. Non è invece nulla la somma delle f.e.m. di
una metà dei conduttori, ad esempio la somma delle f.e.m.
dei conduttori da 1 a 8 sarà pari ad E.
E' possibile determinare un'espressione approssimata della
E. Infatti se il numero di conduttori N è abbastanza
grande (come accade in realtà), il poligono ottenuto sommando
le f.e.m. negli N conduttori si può confondere con
la circonferenza ad esso circoscritta:
Se chiamiamo eM il valore massimo di ciascuna
f.e.m. indotta, la lunghezza della circonferenza circoscritta
varrà 
oppure, considerando che
il valore massimo E della f.e.m. raccolta ai capi dei
primi N/2 conduttori è anche il diametro della
circonferenza, 
. Eguagliando i due secondi
membri si ha 
. Ancora, ricordando il
legame tra valore massimo e valore medio in un semiperiodo per
una grandezza sinusoidale 
e sostituendo
si ha:
ovvero il valore massimo della f.e.m. raccolta ai capi dei primi N/2 conduttori vale N/2 volte il valore medio della f.e.m. indotta in ciascuno.
Se indichiamo con T [s] il tempo impiegato dal rotore a compiere un giro e con Fpp [Wb] il flusso per polo, avremo che il valore medio della f.e.m. indotta in ciascun conduttore attivo in seguito al passaggio di un polo sotto al conduttore varrà, nel caso di macchine a due poli:
Volendo introdurre la velocità n [giri/1'] di rotazione del rotore:
Sostituendo nell'espressione della f.e.m. massima raccolta ai capi dei primi N/2 conduttori si ottiene:
dove 
[rad/s] è la velocità
angolare del rotore. Tale espressione è ovviamente approssimata,
infatti si è supposto di considerare il poligono coincidente
con la circonferenza circoscritta, si è fatta una trattazione
di prima armonica e non si è tenuto conto del fatto che
i vettori rappresentativi delle f.e.m. indotte nei singoli conduttori
attivi modificano la loro posizione sul piano di Gauss quando,
durante la rotazione del rotore, i conduttori assumono una configurazione
non simmetrica (o comunque diversa da quella esposta in figura).
Per tali motivi la f.e.m. raccolta ai capi dei primi N/2
conduttori oscilla fra un valore massimo ed un valore minimo (valori
che tendono ad avvicinarsi tra di loro tanto più quanto
più è elevato N).
A questo punto possiamo dire che ciascun conduttore attivo dell'indotto
è sede di una f.e.m. sinusoidale nel tempo, la f.e.m. che
agisce nell'intero circuito d'indotto è nulla mentre quella
che si raccoglie nei conduttori posti sotto uno stesso polo (N/2
per macchine bipolari) ha un valore massimo pari ad E.
Se disponiamo due spazzole conduttrici A e B in
corrispondenza degli interassi polari avremo che la f.e.m. tra
tali spazzole varrà costantemente E, infatti pur
ruotando l'indotto si avranno sempre N/2 conduttori a destra
delle spazzole e N/2 conduttori a sinistra delle spazzole.
La serie di conduttori attivi disposti sotto uno stesso polo è
chiamata via interna dell'indotto, nel nostro esempio abbiamo
due vie interne. La direzione delle f.e.m. in ciascuna delle due
vie interne è tale per cui la spazzola A vede la
f.e.m. uscire mentre la spazzola B vede la f.e.m. entrare,
quindi la spazzola A è positiva rispetto alla spazzola
B. In tal modo tra le spazzole è disponibile una
tensione V che, a meno di cadute di tensione interne, è
pari alla f.e.m. costante E. Se si collega una resistenza
Ru si ha l'erogazione di corrente continua I [A].
La figura mostra il circuito equivalente di una dinamo ideale
(nessuna resistenza interna) a due vie interne.
Risulta evidente la precarietà del contatto tra le spazzole ed i conduttori attivi, a ciò si rimedia mediante il sistema spazzole e collettore a lamelle. Ciascun conduttore attivo viene collegato elettricamente con una lamella metallica riportata sul collettore coassiale con l'albero del rotore (ovviamente le lamelle contigue, pur vicinissime, sono tra di loro isolate). In coincidenza con gli interassi polari sono poi sistemate rigidamente le spazzole, ciascuna spazzola ha una larghezza sufficiente a farle toccare due lamelle contigue.
Macchine in corrente continua
Programma per la classe quinta
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