Ha il seguente schema elettrico:
La macchina può funzionare solo se in essa è presente
un adeguato magnetismo residuo, solo in tal caso può avere
inizio l'autoeccitazione a vuoto. Per tale motivo essa
ha un senso di rotazione obbligato, infatti il campo prodotto
dall'avvolgimento induttore deve essere concorde col campo originato
dal magnetismo residuo.
Nel funzionamento a vuoto é nulla la corrente I erogata verso il carico, quindi si ha una corrente d'indotto coincidente con quella d'eccitazione, Ii = Ie. Tale corrente è sempre piuttosto piccola, per tale motivo risulta trascurabile la reazione d'indotto e si può porre E @ E0. Il punto di lavoro nominale Pn sulla caratteristica di magnetizzazione E0 = f(Ie) viene individuato dall'intersezione della retta E0 = (Rc + Re + Ri)·Ie con la caratteristica stessa e si situa normalmente dopo il ginocchio. E' fondamentale che il punto di lavoro non cada nel tratto rettilineo della caratteristica di magnetizzazione, infatti, se questo si verificasse, si avrebbero inaccettabili variazioni della tensione d'uscita anche per piccolissime variazioni del valore del reostato di campo Rc. Quindi esiste un punto di lavoro critico PCR a sinistra del quale non si deve andare e ciò impone un valore massimo alla resistenza complessiva (Rc + Re + Ri):
Quindi, in sede di progetto, il reostato di campo viene dimensionato
in modo tale da non superare, sommato alla resistenza propria
degli avvolgimenti d'indotto, il valore RCR.
Nel funzionamento a carico la macchina risulta descritta
dalle seguenti equazioni interne:
e dall'equazione esterna: V = Ru· I
(retta di carico).
La caratteristica esterna V = f(I) , per resistenza del reostato di campo e velocità di rotazione costanti, ha il primo tratto che non differisce di molto da quello già visto per la dinamo ad eccitazione indipendente, solo che ora si presenta con maggiore pendenza perché la tensione ai morsetti della macchina diminuisce all'aumentare della corrente erogata, oltre che per la reazione d'indotto e la caduta Ohmica sulla resistenza interna, anche perché diminuisce la corrente d'eccitazione cosicché si viene a determinare un ulteriore indebolimento del flusso induttore. Tale fenomeno aumenta mano a mano che la corrente di carico aumenta d'intensità fino al valore Imax di corrente erogata. Se, raggiunta tale corrente, si diminuisce ulteriormente il valore della resistenza di carico, succede un fenomeno inconsueto: la corrente erogata diminuisce anziché aumentare e la tensione d'uscita si abbassa molto rapidamente fino a diseccitare la macchina. Tutto questo accade perché la corrente di eccitazione è diventata insufficiente a causa del forte abbassamento della tensione d'uscita. Infatti la corrente d'eccitazione è derivata in parallelo dalla tensione d'uscita e la sua diminuzione comporta una diminuzione del flusso e, quindi, della tensione d'uscita stessa: in pratica il fenomeno si esalta portando alla totale diseccitazione della macchina anche se dall'esterno non si è ulteriormente ridotta la resistenza di carico. Quindi il punto PCR sulla caratteristica esterna individua la retta di carico di pendenza bCR che costituisce il limite per la stabilità di funzionamento della dinamo. In definitiva non è possibile ridurre la resistenza del carico ad di sotto del valore RCR = tg(bCR).
Si può affermare che il funzionamento della dinamo è stabile nel tratto di curva che va dal punto di funzionamento a vuoto (Ru = ¥, I = 0,V = V0) al punto PCR, mentre è instabile nel tratto che va da PCR al punto di funzionamento in cortocircuito (Ru = 0, I = Icc, V = 0). In una macchina correttamente dimensionata il punto nominale di funzionamento si colloca come Pn in figura.
La corrente di cortocircuito Icc risulta essere sensibilmente inferiore rispetto quella che si ha in un'analoga macchina ad eccitazione indipendente, tuttavia è (di solito) significativamente maggiore della corrente nominale e, per tale motivo, anche in questo generatore è da temere (ed evitare) il funzionamento in cortocircuito.
Al variare del numero di giri la caratteristica esterna cambia
secondo le modalità rappresentate in figura. Cambiando
la caratteristica cambia anche il valore di RCR,
più precisamente si verifica che ad una diminuzione del
numero di giri corrisponde un aumento di RCR.
Un'altra caratteristica significativa per la dinamo ad eccitazione
derivata è la caratteristica di regolazione, del
tutto analoga a quella già vista per la dinamo ad ecc.
indipendente.
Riassumendo, le dinamo con eccitazione derivata sono di più facile installazione delle dinamo ad eccitazione indipendente non richiedendo alcuna rete ausiliaria in corrente continua per l'eccitazione. La loro caratteristica esterna (a parità di numero di giri) ha maggior pendenza rispetto alle dinamo con eccitazione indipendente ma col reostato di campo si può facilmente compensare questo inconveniente. L'inconveniente maggiore è quello di presentare un valore di resistenza di carico RCR al di sotto del quale non è possibile andare e che nemmeno risulta avvicinabile essendo eccessivamente grande la corrente altrimenti erogata dalla macchina. Inoltre, come già detto, hanno un verso obbligato di rotazione.
Macchine in corrente continua
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