La dinamo è una macchina elettrica che ha lo scopo di trasformare l’energia meccanica, fornita al proprio asse da un motore a corrente alternata o da una turbina o da un motore Diesel, in energia elettrica sotto forma di corrente continua.

La dinamo è principalmente costituita da:

• L’induttore : che ha lo scopo di creare il campo magnetico
• L’indotto : che ha lo scopo di generare la corrente indotta
• Il collettore : che ha lo scopo di raddrizzare, rendendola continua, la corrente alternata generata nell’avvolgimento indotto.
• Le spazzole : che hanno lo scopo di prelevare la corrente continua dal collettore.

Mettendo in rotazione la dinamo ed inviando corrente continua all’induttore, si crea un campo magnetico che viene tagliato dall’avvolgimento indotto, e quindi per il fenomeno della " induzione elettromagnetica" si genera in esso una tensione alternata che viene raddrizzata e resa continua dal collettore.

La dinamo ha l’induttore fisso e l’indotto rotante

L’induttore della dinamo è costituito da una carcassa di materiale magnetico, nel cui interno sono fissati i poli, che vengono avvolti da bobine dette " bobine di campo".

Le bobine di campo costituiscono il circuito di eccitazione e possono collegarsi tra loro in serie o in parallelo.

I terminali del circuito di eccitazione vengono collegati su una morsettiera applicata alla carcassa della macchina.

L’indotto o armatura, è costituito da un asse in acciaio, sul quale è montato un tamburo cilindrico, formato da lamierini isolati tra loro e recanti sulla parte esterna delle scalmanature dette "cave"

Nelle cave viene sistemato l’avvolgimento indotto, formato da matasse di filo o piattina di rame, isolate tra loro e verso massa, i cui terminali vengono collegati alle lamelle del collettore.　

Il collettore è costituito da un tamburo cilindrico, composto da un certo numero di lamelle isolate elettricamente tra loro e verso massa da sottili fogli di mica, che viene montato sull’asse dell’indotto.

La forza elettro-motrice ,generata da un alternatore, viene prelevata da due spazzole striscianti su due anelli collegati

ai capi dell’avvolgimento.

Quindi, supponendo che l’avvolgimento sia costituito da una spira, si ha che durante il primo mezzo giro la f.e.m. va da A a B e nel secondo mezzo giro va da B a A.　

In questo modo però, le f.e.m. che si generano nei conduttori che tagliano un numero minore di linee di forza non vengono utilizzate.

In pratica, per utilizzare tutte le forze elettro-motrici, si collegano le spire in serie tra loro, come indicato in figura, e quindi le forze elettromotrici che si generano nei conduttori che tagliano le linee di forza nello stesso senso si sommano tra loro così come si sommano tra loro quelle generate nei conduttori che tagliano le linee di forza in senso opposto.

Una diminuizione della forza elettromotrice totale, perché alcune

Forze elettromotrici si contrasterebbero tra loro:

Uno scintillio delle spazzole, che porterebbe a danneggiare il collettore, perché la spazzola abbandonerebbe la lamelle quando queste sono ancora percorse da corrente.

Durante il funzionamento a carico, però, il campo magnetico viene distorto nel senso della rotazione dell’indotto e quindi l’asse neutro che deve essere perpendicolare alle linee di forza, risulta spostato di un angolo, tanto maggiore quanto maggiore è il carico della dinamo.

Questa distorsione è provocata dalla corrente che percorre l’avvolgimento indotto, in quanto crea un campo magnetico trasversale, detto " reazione d’indotto" che contrasta il campo magnetico dei poli.

Per eliminare gli inconvenienti precedentemente descritti, è necessario, ad ogni variazione di carico, spostare le spazzole.

In pratica, per evitare il continuo spostamento delle spazzole, le dinamo di una certa potenza vengono munite di " poli ausiliari ", posti tra i poli principali ed avvolti da bobine collegate in serie all’avvolgimento indotto.

Essi hanno lo scopo di produrre un campo magnetico di polarità opposta alla reazione di indotto.

L’annullamento della reazione d’indotto si effettua in ogni condizione di carico, perché il circuito di eccitazione dei poli ausiliari è percorso dalla corrente esterna e quindi il flusso, da loro generato, dipende dal carico.

Cioè, quando la dinamo marcia a vuoto non si ha reazione di indotto e poiché non c’è passaggio di corrente anche i poli ausiliari non generano flusso.

All’aumentare del carico, aumenta la reazione di indotto, ma aumenta anche la corrente esterna e quindi il flusso generato dai poli ausiliari.

Per aumentare la tensione ai morsetti, poiché la velocità ed il numero di conduttori non possono variare essendo strettamente legati dalle caratteristiche della dinamo, si aumenta l’intensità di campo magnetico aumentando la corrente di eccitazione.

L’intensità del campo magnetico, però, non aumenta proporzionalmente alla corrente, perché i nuclei di ferro costituenti i poli avvicinandosi alla struttura magnetica, non producono aumenti sensibili del campo magnetico pur aumentando la corrente di eccitazione.　

L’andamento del campo magnetico e, quindi della tensione, al variare della corrente di eccitazione può essere rappresentato mediante una curva, avente la stessa caratteristica di magnetizzazione dei materiali ferrosi che viene detta " caratteristica a vuoto " della dinamo

La tensione di funzionamento normale della dinamo viene fissata un po’ oltre il ginocchio della curva, come indicato in figura, in modo che eventuali variazioni della corrente di eccitazione non provochino sensibili variazioni della tensione.

La tensione generata da una dinamo quando alimenta gli utilizzatori, se il flusso rimane costante, tende a diminuire a causa della caduta di tensione provocata dal passaggio di corrente attraverso l’avvolgimento.

La variazione di tensione dovuta alla caduta di tensione viene rappresentata, in genere, mediante una curva detta " caratteristica esterna " o " caratteristica di carico " della dinamo.

Per avere una tensione costante, ad ogni valore di carico, si impiega un reostato detto " reostato di campo" che viene collegato in serie al circuito di eccitazione e permette di variare la corrente di eccitazione e quindi la tensione, variando la resistenza del reostato stesso.

Quando la corrente del carico esterno aumenta, la tensione della dinamo diminuisce, allora si diminuisce la resistenza del reostato e così la corrente di eccitazione ed il campo magnetico aumentano riportando la tensione al valore nominale.

Questa regolazione di tensione può essere effettuata solo entro certi limiti, perché, come accennato, quando i nuclei raggiungono la saturazione, le variazioni della corrente di eccitazione non producono sensibili variazioni della tensione.

Il reostato può essere regolato a mano, oppure mediante regolatori automatici.

Le dinamo, a seconda di come vengono eccitate, si distinguono in:

• Dinamo ad eccitazione indipendente
• Dinamo ad eccitazione in parallelo
• Dinamo ad eccitazione in serie
• Dinamo ad eccitazione composta.

Le dinamo di eccitazione indipendente prelevano la corrente, necessaria per creare il campo magnetico, da una sorgente indipendente dalla dinamo stessa.

Gli altri tipi di dinamo, dette "autoeccitate", vengono eccitate dalla corrente elettrica generata dalla dinamo stessa, cioè il circuito di eccitazione viene collegato ai morsetta della dinamo.

L’autoeccitazione di una dinamo è resa possibile dal fatto che il nucleo induttore, essendo ferro, conserva, a dinamo ferma, un certo magnetismo, detto " magnetismo residuo".

Questo magnetismo ha un’intensità molto piccola, ma sufficiente a generare, all’avviamento della dinamo, una piccola tensione che, essendo applicata anche al circuito di eccitazione siano effettuati in modo tale che la corrente generata tenda a far aumentare il campo magnetico già esistente e non ad annullarlo.

La dinamo ad eccitazione in parallelo ha il circuito di eccitazione collegato in parallelo con l’avvolgimento indotto, come indicato in figura.

Pertanto il circuito di eccitazione viene alimentato con una tensione di valore uguale a quella generata dalla dinamo.

Il circuito di eccitazione è costituito da bobine aventi un elevato numero di spire, ed una sezione molto piccola in modo da avere l’eccitazione necessaria con piccola intensità di corrente e quindi con piccole perdite per effetto termico.

La tensione generata ai morsetti da questi tipi di dinamo, tende a diminuire all’aumentare del carico, perché oltre alla caduta di tensione interna dovuta alla resistenza ohmica dell’avvolgimento indotto, si ha un indebolimento del campo magnetico e quindi una ulteriore diminuzione della tensione ai morsetti.

La dinamo ad eccitazione in serie ha il circuito di eccitazione collegato in serie con l’avvolgimento indotto, come indicato in figura.

Pertanto il circuito di eccitazione viene attraversato dalla stessa intensità di corrente che attraversa l’avvolgimento indotto.

La dinamo ad eccitazione composta, detta " compound ", ha due circuiti di eccitazione, uno collegato in parallelo ed uno in serie con l’avvolgimento indotto, come indicato in figura.

Pertanto, un circuito di eccitazione viene alimentato da una tensione di valore uguale a quella generata dalla dinamo, mentre l’altro viene attraversato dalla stessa intensità di corrente che attraversa la dinamo.

I due circuiti di eccitazione hanno caratteristiche costruttive identiche a quelle esaminate precedentemente e sono avvolte entrambe sullo stesso polo.

Questa dinamo presenta il vantaggio di generare una tensione praticamente costante al variare del carico.

Infatti poiché al variare del carico, i due circuiti di eccitazione agiscono con effetti opposti, si ha che il circuito in derivazione tende a far diminuire la tensione, mentre quello in serie tende a farla aumentare.

Questo però avviene fino a che i nuclei costituenti i poli non abbiano raggiunto la saturazione, dopo di che la tensione tenderà a diminuire come nel caso della dinamo in serie.

La variazione della tensione, generata da questo tipo di dinamo, all’aumentare della corrente erogata è riportata in figura.

CARATTERISTICHE DELLA DINAMO

Le principali caratteristiche della dinamo sono riportate sulla targa, applicata esternamente alla carcassa.

Un tipo di targa di dinamo, conforme alle norme C.E.I. , è riportato in figura: