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 M o d u l o  6

La macchina a corrente continua

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4.1  Curve caratteristiche della dinamo

Fra le curve caratteristiche della macchina generatrice in continua si citano:

- la curva di magnetizzazione o curva a vuoto E_o(I_e), che va rilevata sperimentalmente, rendendo sempre separato il circuito di eccitazione, cioè alimentandolo con una sorgente esterna. La velocità di rotazione deve essere mantenuta costante. Dapprima si rileva la caratteristica ascendente, aumentando la corrente di eccitazione dal valore nullo fino al valor massimo stabilito, solo per valori crescenti; la caratteristica discendente si ottiene diminuendo sempre la corrente, fino ad annullarla. Si ricava la caratteristica di magnetizzazione dalla media fra i valori delle caratteristiche ascendente e discendente (curva del §2, fig.1).

 

- La caratteristica esterna U(I), che riporta l’andamento della tensione ai morsetti dell’utilizzatore, al variare della corrente assorbita dal carico stesso, mantenendo costante la velocità di rotazione e la corrente di eccitazione. Si inizia il rilievo della curva portando la dinamo alla condizione nominale di carico. Successivamente si diminuisce la corrente erogata, aumentando la resistenza dell’utilizzatore. L’ultimo punto si esegue a vuoto, interrompendo l’alimentazione al carico. La corrente di eccitazione I_e che si è prodotta per realizzare la condizione nominale di carico non deve più essere variata per gli altri punti di misura.

    Il legame fra la tensione al carico e la f.e.m. generata è il seguente:

U = E - R_i^.I_i          (1)

 

- La caratteristica di regolazione I_e(I), che riporta l’andamento della corrente di eccitazione al variare della corrente del carico. Durante la rilevazione delle grandezze si deve mantenere la tensione U costante sul carico intervenendo sulla corrente di eccitazione (sempre a velocità nominale costante).

 

 

4.2  Caratteristiche esterne

La caratteristica esterna U(I)

L’andamento della tensione ai capi del carico, al variare della corrente erogata dalla dinamo, risente di due cause: quanto maggiore è la corrente erogata, tanto più alte saranno la caduta ohmica R_iI_i e quella dovuta al fenomeno di reazione d’indotto.

Entrambe le cause concorrono a ridurre man mano la tensione alle spazzole, e quindi al carico ad esse allacciato.

L’andamento U(I) è anche funzione del tipo di eccitazione della macchina.

In fig.1 sono riportate le tipiche caratteristiche esterne, ricordando che la corrente erogata nominale non dovrebbe essere mai superata, se non per brevi e occasionali istanti di sovraccarico, per non compromettere la durata della macchina.

E’ utile ricordare che, volendo mantenere costante la tensione al carico, al variare della sua resistenza occorre regolare la corrente di eccitazione, per rinforzare o indebolire opportunamente il flusso risultante.

a) Nella dinamo con eccitazione indipendente (fig.1a e fig.2 del §2), al diminuire della resistenza R_u del carico aumenta la corrente erogata e crescono le cadute interne dovute alla resistenza R_i d’armatura e alla reazione d’indotto. Ne consegue una riduzione graduale della tensione alle spazzole.

Per non incorrere in sovraccarichi pericolosi, la resistenza di carico non deve scendere a valori troppo bassi, che porterebbero all’erogazione di correnti superiori a quella nominale (la retta di carico non deve avere una pendenza inferiore a R_min= U_n / I_n ).

Se si continuasse a diminuire la resistenza del carico la corrente erogata crescerebbe fino al valore "teorico" di corto circuito, in cui l’unico ostacolo sarebbe la resistenza interna d’armatura.

b) Nella dinamo con eccitazione derivata (fig.1b e fig.3 del §2), all’aumento della corrente richiesta dal carico crescono anche qui le cadute interne dovute alla resistenza d’armatura e alla reazione d’indotto. La riduzione della tensione alle spazzole comporta però, in questo caso, anche la riduzione della tensione di eccitazione e quindi del flusso relativo, essendo il circuito di eccitazione in derivazione alle spazzole stesse.

Questo è il motivo per cui la caratteristica esterna, superata la condizione di funzionamento a pieno carico, può calare molto bruscamente al continuo diminuire della resistenza di carico, portando la macchina alla diseccitazione totale (a parte la presenza comunque del magnetismo residuo).

Questa macchina, infatti, per la sua caratteristica di carico, non patisce il corto circuito diretto, ai capi delle spazzole, perché all’annullarsi della tensione alle spazzole si annullano anche la tensione di eccitazione e la relativa corrente I_e che produce il flusso induttore.

c) Nella macchina con eccitazione in serie, in assenza di carico, non vi è praticamente eccitazione, a meno del magnetismo residuo.

Portando la resistenza del carico esterno da valori elevati verso valori decrescenti, cresce la corrente erogata e man mano cresce anche il flusso, fino alla saturazione. L’ulteriore diminuzione della R_u impone elevata reazione d’indotto e la caratteristica esterna diminuisce poi bruscamente, dando luogo a quello che è ritenuto il tratto utile di funzionamento della macchina (fig.1c e fig.4 del §2).

Per questo motivo la dinamo con eccitazione serie veniva usata come generatore a corrente costante, in virtù del fatto che, al variare della resistenza del carico da un valore limite superiore (R_Max= U_n/ I_n) fino al valore nullo (corto circuito), la corrente erogata modifica di poco il proprio valore. Il tratto utile finale evidenzia infatti una forte escursione della tensione, con corrente che varia di poco fra i limiti imposti dalla corrente nominale I_n e da quella di corto circuito I_cc.

Gli altri tipi di eccitazione (indipendente, derivata e composta) consentono invece il funzionamento a tensione costante, in cui la tensione al carico decresce non di molto al variare della corrente erogata.