Buonasera.

Ho un piccolo dubbio che spero possa essere chiarito.

Il motore cc ad eccitazione indipendente presenta la caratteristica di avere l'avvolgimento di armatura e quello di eccitazione alimentati da due "sorgenti" differenti. Ciò si traduce nella possibilità di aumentare il numero di rotazioni semplicemente diminuendo la corrente di eccitazione, a scapito (spero di non sbagliare) della coppia.

Qualsiasi motore, per via della sua costruzione, ha determinate correnti, oraria e continuativa, che stabiliscono le relative potenze a determinati regimi di rotazione (ad es. 1000 kW a 1300 A e 1150 giri/min).

E ora sorge una domanda: in una macchina a eccitazione indipendente, dove (se ho capito bene) a parità di tensione e corrente di armatura il regime di rotazione varia, dipendentemente dalla corrente d'eccitazione, come si determina il regime di rotazione (e quindi la velocità della locomotiva) oraria o continuativa?

Spero di essere stato chiaro.

Saluti (e auguri di buone feste),
Luca

Un antipasto in attesa di altre risposte.
Il punto determinante credo sia il flusso magnetico.
Anche se la potenza sviluppata è indipendente dal flusso magnetico presente, una macchina elettrica è sempre progettata per funzionare con un certo flusso magnetico.
Per essere presente, il flusso magnetico deve essere generato da una forza magnetomotrice costituita da spire percorse da corrente (amperspire).
Questa può essere ottenuta con poche spire percorse dalla forte corrente di rotore, oppure con molte più spire ma percorse da una corrente più piccola ed appositamente generata.
Il primo è il motore in serie, il secondo quello ad eccitazione indipendente.
In trazione ferroviaria si utilizza (E652, etc) e si è utilizzato (E424) il motore ad eccitazione composta, costituito dall' insieme dei due sistemi.

Quanto al regime di rotazione, mentre il motore in serie funziona a potenza costante, quello ad eccitazione indipendente funziona a velocità costante.
Applicato ad una locomotiva, sarebbe laborioso da guidare a causa della velocità fissa, un po' come le trifasi italiane.
La costanza della corrente di eccitazione non comporta altrettanta costanza della corrente di armatura. Anzi, è proprio il contrario.
Per la sua caratteristica il motore ha grandi variazioni di corrente al variare della velocità.
Ne consegue che ad ogni aumento di resistenza al moto corrisponde un aumento della potenza assorbita.
Questo comporterebbe la necessità di una sorveglianza continua per adeguare la corrente di eccitazione alla resistenza incontrata dal treno.


Stefano Minghetti

Intanto, la scelta dell'eccitazione indipendente nei motori di trazione si fa essenzialmente in due casi:
1- presenza della frenatura elettrica
2- pilotaggio elettronico del motore.
Questo per evitare inutili complicazioni circuitali e di guida.
Tralasciamo le E621, le E322 e sorelle.
Nel caso di motore con comando elettromeccanico il macchinista dovrebbe costantemente controllare sia la corrente d'armatura sia la corrente d'eccitazione, nonchè la via.
Nel caso di comando elettronico, anche trifase, il macchinista imposta solo la massima corrente al motore ovvero quella d'armatura = rotore (in verità oggi s'impostano i kN al gancio), al resto pensa l'elettronica.
L'elettronica fa si che:
1- normalmente in trazione la corrente d'eccitazione resti costante al valore ottimale
2- in frenaura elettrica la corrente d'eccitazione aumenti e sia regolata automaticamente in base allo sforzo di frenatura impostato, ovviamente non è possibile regolare la corrente d'armatura perchè il motore stà funzionando da generatore, agire sul reostato è un'inutile complicazione (gestione di migliaia di Amper contro poche decine al massimo).

Con semplicità, altrimenti bisogna fare tutta la teoria dei motori in cc e del PWM. In realtà con la regolazione elettronica del motore, che è in PWM, il motore assorbe sempre la massima corrente di progetto, però per via dela media algebrica l'amperometro segna sempre una corrente diversa, così come il voltemetro non segna mai la tensione massima in uscita dall'azionamento. Detta tutta con il comando elettronico dei motori, sia icc sia trifasi, parlare di corrente e tensione al motore non ha molto senso, è più corretto parlare di potenza o coppia all'albero.

In ogni caso nei motori in cc sono sempre valide due regole:
1- corrente e tensione d'armatura costante, aumento eccitazione = diminuisce velocità e aumenta la coppia all'albero, diminuisco eccitazione = aumenta velocità e si riduce la coppia
2- eccitazione costante, aumento tensione d'armatura = aumento corrente e aumento velocità, ma diminuisce coppia, dimuisce tensione d'armatura = diminuisce corrente e aumenta,teoricamente la coppia.
Perchè teoricamente, perchè nel caso di motori ad eccitazione separata, essa sarà sempre quella per ottenere la coppia massima, quindi il motore a velocità minori della nominale è sovraecciato. Pilotare elettronicamente anche l'eccitazione per ottenere l'immagine serie è di fatto un'inutile complicazione, caso mai se giustificato dalle ncessità d'esercizio si daranno due valori d'eccitazione.
Va da se che con l'eccitazione serie l'eccitazione non è costante, ma proporzionale alla corrente d'armatura; quindi nelle tradizionali macchine elettromeccaniche servono gli indebolimenti di campo.
Infine, come diceva Stefano, nelle macchine elettriche, motori o trasformatori che siano, chi comanda è sempre il campo magnetico, corrente e tensione servono solo per ottenerlo.
In ultimo, a prescindere dal tipo d'eccitazione, c'è parecchia parecchia differenza tra il pilotaggio elettromeccanico e quello elettronico dei motori.

Giusto per, i motori dei trenini sono ad eccitazione separata con magneti permanenti.

Innanzitutto buon Natale!

Grazie per le risposte.

Avrei ancora una domanda: una maggiore/minore corrente di eccitazione influenza anche la corrente oraria/continuativa?
Cioè (almeno in teoria) si può sfruttare la corrente oraria per un'ora sia con la massima corrente d'eccitazione che con la minima?

Grazie,
Luca

In verità, la massima corrente, ed il tempo per la quale può essere applicata, dipende dalle carattristiche costruttive del motore, in special modo dallo smaltimento della temperatura, ovvero anche dalla eventuale presenza della ventilazione forzata.
Come in tutte le macchine e le apparecchiature elettriche una parte dell'energia assorbita dalla fonte d'alimentazione è dispersa in calore. Quindi nel caso di motori e trasformatori, la temperatura della macchina è direttamente proporzionale alla corrente circolante.
Se si vuole entrare nei particolari occorre anche tenere conto del tipo d'alimentazione e del tipo di comando: cc, ca, elettromeccnico, elettronico ... fermiamoci qui.

La corrente di eccitazione contribuisce anch'essa a produrre calore in maniera "rilevante"?

Mettiamo che una corrente di armatura di 1500 A sia il valore (teorico) limite per il funzionamento continuativo. Se si aggiunge una corrente di eccitazione di 250 A, il motore potrà (teoricamente) continuare a funzionare in maniera continuativa?

Spero di aver posto meglio la domanda...

Beh, la dissipazione è R * I^2.
La R dipende dalla sezione e lunghezza dei due avvolgimenti, ma la componente i^2 è 2250000 per i 1500 A, e 62500 per i 250 A. Il rapporto è di 36. A pari resistenza la componente dovuta alla corrente di armatura sembra preponderante. Ma occorrerebbe conoscere la resistenza dei singoli avvolgimenti.

C' è anche da considerare che a pieno campo il motore potrà funzionare a potenza massima solo a basse velocità.
Quindi ad alta dissipazione resistiva corrisponderanno minori perdite meccaniche (attrito nei cuscinetti e resistenza dell' aria saranno ridotti a velocità basse).
Potrebbero essere utili le curve dell' E424 ad eccitazione composita :


Dobbiamo anche considerare che, mentre l' avvolgimento di eccitazione è relativamente corto, fatto solo per far circolare la corrente di eccitazione, il percorso di indotto (rotore) ha lunghezze maggiori, dovendo avere il lato attivo della spira (quello rettilineo e inserito nella cava) più lungo possibile. Questo gioca in favore di una bassa resistenza dell' avvolgimento di eccitazione.


Stefano Minghetti

Modifica :
il grafico è tratto da "La Trazione Elettrica" di Filippo Spani Ed. Patron Bologna

Grazie.

Un'ultima informazione (che va un po' fuori tema):
La potenza oraria/continuativa di un motore ferroviario elettrico, se stabilita con norme UIC, è sempre univoca?

Ancora auguri.

Non ho informazioni precise, ma concettualmente la Norma dovrebbe fissare dei criteri di prova standard, proprio per consentire il confronto.
Magari fra edizioni successive della Norma possono esserci differenze.


Stefano Minghetti

Per rispondere a quasta domanda bisogna entrare nelle caratteristiche proprie di quel motore, Stefano ha postato le curve del 424 come esempio. Con le sole caratteristiche elettriche non si può rispondere esaustivamente alla tua domanda. Bisogna necessariamente tenere conto anche delle carattristiche meccaniche e fisiche: tipo di costruzione, dimensioni, tipo di cuscinetti, ecc..
Giusto per esempio, a pari potenza del motore e massima coppia all'albero, sono due condizioni opposte:
- se lungo e stretto ha migliori caratteristiche di coppia, e può ruotare più velocemente, di contro scalda di più
- se corto e largo si scalda di meno, ma ha meno prestazioni in coppia e deve ruotare più lentamente
- bisogna anche considerare l'effetto volano del rotore (peso, diametro, sezione)
Alla fine il calore generato dal motore dipende da:
- perdite nel rame, per via della resistenza, meglio dire impedenza, di tutti gli avvolgimenti
- perdite magnetiche, quanto serve per generare il campo magnetico magnetizzante di base
- perdite per attrito
- perdite nel ferro, per via della permeabilità magnetica
- perdite al collettore, nei motori CC o CA a rotore avvolto
- nel caso di motori CA anche per via dello scorrimento
- nel caso di motori CA alimentati a frequenza variabile occorre calcolare tutto ad ogni singola frequenza (cambiano le impedenze).
In conclusione tutta l'energia assorbita dalla fonte d'alimentazione e non resa all'albero è dispersa in calore, fondamentale legge della fisica
Infine, la resa e l'utilizzo di ogni singolo motore sono anche influenzate da quanto stà a valle dell'albero: riduttore, carico, tipo di accopiamento, ecc. Infatti nel caso delle locomotive ci sono tre dati importanti ai fini della trazione (sorvoliamo sugli altri servizi di bordo e del treno):
- potenza assorbita dalla rete
- potenza all'albero (o agli alberi)
- potenza o sforzo di trazione ai cerchioni
il tutto esperesso come:
- potenza nominale
- potenza continuativa
- potenza oraria
- potenza massima
- potenza di picco per n secondi.

Coi trenini è più semplice ...

Grazie infinite per le spiegazioni.

Auguri.