Le macchine sincrone sono [[Macchine elettriche]] rotanti utilizzate nella maggior parte delle situazioni come generatore, tuttavia in linea teorica possono funzionare sia da **generatore** che da **motore elettrico.** In particolare, nei sistemi di generazione elettrica si usano quasi sempre macchine sincrone, ma in molte applicazioni la macchina sincrona è utilizzata anche come motore elettrico, in particolare nei veicoli elettrici. ### Architettura della macchina La macchina è formata essenzialmente da due parti: - **Statore** Composto da lamierini in materiale ferromagnetico e cave per gli avvolgimenti trifase, collegati a stella o a triangolo. *Ha sempre la stessa configurazione ma possono variare forma, numero di poli e dimensioni.* - **Rotore** Può essere realizzato con - **magneti permanenti** - circuito di eccitazione a **poli lisci** - circuito di eccitazione a **poli salienti** ![[Pasted image 20260415185923.png]] In figura è rappresentato il diagramma di un generatore sincrono trifase a due poli salienti. Le tre fasi sono U, V, W. Ogni fase ha due terminali collegati all'estremità vicina del conduttore (U2 e U1 per la fase U), mentre le estremità lontane di ogni coppia di conduttori sono collegate tra loro. A destra sono rappresentate le tensioni statoriche che si sviluppano come conseguenza della rotazione del rotore; la linea tratteggiata verticale corrisponde alla posizione istantanea del rotore. I punti e le croci sui conduttori indicano la direzione della corrente. Il rotore ruota in senso orario. | Rotore a due poli salienti | Tensioni trifase | | ----------------------------------------- | ------------------------------------ | | ![[Pasted image 20260415185017.png\|300]] | ![[Pasted image 20260415185034.png]] | *[Synchronous generator diagram](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Synchronous_generator_diagram.png), Dawe cz, [CC BY-SA 3.0](https://creativecommons.org/licenses/by-sa/3.0), via Wikimedia Commons* #### Velocità di sincronismo I tre avvolgimenti di statore posti a $120^{\circ}$ l'uno rispetto all'altro producono tre campi magnetici sfasati elettricamente di $120^{\circ}$. Lo statore produce quindi un **[[Campo magnetico rotante]]**, chiamato **reazione d'indotto**, che ruota alla **velocità di sincronismo.** $\color {orange}\mathrm{n}_s=\frac{60 \mathrm{f}}{\mathrm{p}}$ *essendo **f** la frequenza e **p** il numero di coppie polari.* Nella macchina sincrona il rotore viene alimentato con un circuito di eccitazione con corrente continua, questo fa sì che la velocità di rotazione del rotore sia pari alla velocità di sincronismo $ \color {green} \mathrm{n}_r = \mathrm{n}_s=\frac{60 \mathrm{f}}{\mathrm{p}}$ A parità di frequenza f, la **macchina a poli lisci** è più indicata per alti valori di velocità $\mathbf{n}$ e basso numero di coppie polari $\mathbf{p}$, la **macchina a poli salienti** è più indicata per bassi valori di velocità $\mathbf{n}$ e alto numero di coppie polari $\mathbf{p}$. | Campo magnetico di statore | Campo magnetico di rotore | | -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- | ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ | | ![[Rotating_Magnetic_Field.gif]] | ![[250px-Magnetic_field_of_a_rotating_permanent_magnet.gif]] | | *[Rotating magnetic field](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Rotating_Magnetic_Field.gif), el Fantin, [CC BY-SA 4.0](https://creativecommons.org/licenses/by-sa/4.0), via Wikimedia Commons* | *[Magnetic field of a rotating permanent magnet](https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Magnetic_field_of_a_rotating_permanent_magnet.gif), Christiankral, [CC BY 4.0](https://creativecommons.org/licenses/by/4.0), via Wikimedia Commons*<br> | #### Funzionamento a carico I due campi magnetici, quello di eccitazione (rotore) e quello di reazione d'indotto (statore) interagiscono tra loro. La posizione spaziale del primo rispetto a quello di rotore dipende dallo sfasamento tra tensione e corrente, ovvero dal tipo di carico. Si hanno tre possibilità: - **Carico induttivo** --> Effetto smagnetizzante Si verifica quando il carico è composto, ad esempio, da motori o [[Trasformatori]]. *La corrente è in ritardo rispetto alla tensione. Questo fa sì che il campo magnetico prodotto dallo statore si posizioni in opposizione a quello del rotore. Di conseguenza il campo risultante totale diminuisce (**smagnetizzazione**). Per mantenere la tensione costante, è necessario aumentare la corrente di eccitazione nel rotore.* - **Carico capacitivo** --> Effetto magnetizzante Si verifica in presenza di banchi di condensatori o lunghe linee elettriche a vuoto. *La corrente è in anticipo rispetto alla tensione. Il campo magnetico dello statore si somma a quello del rotore.* *Di conseguenza il campo risultante totale aumenta (**magnetizzazione**). Questo può causare un aumento indesiderato della tensione ai morsetti della macchina.* - **Carico resistivo** --> Effetto neutro Si verifica con carichi puramente dissipativi, come le resistenze elettriche. *La corrente è in fase con la tensione. Il campo magnetico dello statore si posiziona "di taglio" (trasversalmente) rispetto a quello del rotore.* *Di conseguenza non aumenta né diminuisce il flusso totale in modo significativo, ma ne distorce la forma.* ==In genere le macchine sincrone nel funzionamento da generatore sono collegate a carichi 'ohmico-induttivi' per cui l'effetto della reazione d'indotto è nella maggior parte dei casi debolmente smagnetizzante.== ##### Domande di teoria **Rispondere alle seguenti domande specifiche:** - [ ] Come funziona la macchina e quali sono le sue parti fondamentali. - [ ] Quali sono le principale tipologie di macchine sincrone e le loro differenze - [ ] Cosa è la reazione di indotto? Cosa è la velocità di sincronismo e quale è la sua relazione con il campo magnetico rotante - [ ] Ricava le relazioni principali per i vari tipi di funzionamento della macchina - [ ] Funzionamento a vuoto - [ ] Funzionamento a carico - [ ] Funzionamento in corto circuito - [ ] Disegnare schematicamente la sezione trasversale della macchina sincrona con rotore liscio a 2/4 poli salienti/lisci, con rotore e statore e completa di tutti gli avvolgimenti. - [ ] Quale è la caratteristica a vuoto di una macchina sincrona - [ ] Come il carico applicato alla macchina sincrona ne influenza il funzionamento? *Consultare le risorse selezionate in fondo alla nota per soluzioni e approfondimenti.* --- > [!info]- Resources > ![[!Elettrotecnica#Risorse#Bibliografia]] > ![[!Elettrotecnica#Risorse#Approfondimenti]] --- > [!example] Playlist > ![[!Elettrotecnica#Risorse#Macchina sincrona]]