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AVVOLGIMENTI DI STATORE

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Come viene costruito lo statore

Lo statore è la parte più importante dal punto di vista elettrico della turbina eolica. Essa contiene tutte le matasse di filo che possono produrre una tensione indotta al passaggio dei magneti permanenti. Viene chiamato Statore perchè è l'unica parte ferma dell'alternatore. In questo progetto abbiamo un alternatore trifase e lo statore ha 9 bobine. Ogni fase è costituita da tre bobine in serie opportunamente collegate tra le fasi di uscita. La costruzione del nostro statore è fatta in modo tale che le diverse linee vanno a finire in una morsettiera che aiuta nei collegamenti e come devono essere piazzate correttamente le bobine.

Materiali

- Una bobina di filo di rame a doppio isolamento
- 15" di diametro panno in fibra di vetro, quantità 2
- Colla cianacrilico rapida.
- 1/2 Gallonedi resina poliestere
- saldatore
- nastro isolante
- 3 bulloni da 1/4 - e lunghezza 1.25"
- 12 rondelle da 1/4"
- 6 dadi da 1/4

Bobine del generatore

Il diametro del filo delle bobine dipende dalla corrente di erogazione mentre il numero di spire dipende dalla tensione che si vuole ottenere.
Ogni volta che noi aumentiamo il diametro del filo, aumenta lo spazio occupato dalle bobine nello statore così pure se aumentiamo il numero di spire.
Per una certa potenza a 12 volt le macchine richiedono filo molto spesso, mentre a 24V si può dimezzare il diametro del filo conduttore.Quindi, se vogliamo una macchina che fornisca due tensioni diverse, abbiamo bisogno di due rocchetti di filo diverso.

- Per macchine a 12 Volt le bobine devono avere 36 spire.
- Per macchine a 24 Volt le bobine devono avere 70 spire.
- Per macchine a 48 Volt le bobine devono avere 140 spire.

Comunque, gli spazi per le bobine dovrebbero sufficienti per qualsiasi esigenza.

Quì occorre un pò di fantasia per creare un sistema per tenere il rocchetto di filo di rame. Sulla morsa usare un asse di legno verticale e una base di appoggio orizzontale su cui appoggiare il rocchetto.

Saldare due pezzi di ferro a L e da un lato fare un foro su cui inserire il manovellismo che si vede in figura.
Applicare sull'asse il supporto su cui avvolgere la matassa di filo di rame.

Avete bisogno di un paio di forbici e pinzette per piegare il filo, di nastro e di apparecchiature elettriche. La bobina con il filo deve essere tenuta da un asse di legno che provvede allo srolotamento man mano che si avvolgono le matassine con l'avvolgitore. Il supporto della bobina, a sua volta, verrà agganciato a dei sostegni ad U per mantenerlo in orizzontale.

A circa 10" dalla fine, piegare il filo a 90° con delle pinze.

Infilare il filo di inizio avvolgimento nella feritoia della flangia dell'avvolgitore e attorcigliarlo attorno al perno centrale per evitare di scivolare.

Con una mano tenere il filo sotto tensione e con l'altra girare la manovella. Mantenere sotto tensione il filo e cercare di avvolgere la matassa con velocità costante. In genere, per avvolgere una matassa con queste precauzioni, si spendono dagli uno ai due minuti di tempo.

Una volta che viene avvolgo il corretto numero di spire, si taglia il filo per una certa lunghezza e le due parti vengono attorcigliati insieme. Non conviene attorcigliarli troppo perchè poi dobbiamo slegarli. A questo punto viene smontata la flangia laterale dell'avvolgitore e con tutte e due le mani si sfila la bobina facendo attenzione che essa non si sfaldi.

Prendere il terminale della fine dell'avvolgimento tenendo con l'altra mano la matassa di filo.

Attorcigliare i due capi della bobina evitando di sfasciarla.

Individuare i lati più lunghi della bobina e nastrarli con del nastro isolante per tenere assieme le spire.

controllare le bobine, esse devono stare nei settori tracciati sullo stampo dalle linee radiali. Gli avvolgimenti possono sembrare piccoli e allora vuol dire che non abbiamo rispettato le misure o abbiamo usato filo con diametro diverso. In ogni caso, dobbiamo ricordarci che la loro collocazione deve rispettare certi parametri poichè devono incontrare la circonferenza di centratura dei magneti del rotore per avere un maggiore coinvolgimento di flusso magnetico.

Se la prima bobina va bene,anche le altre 8 vengono sistemate una accanto all'altra. Nella foto si vedono le 9 bobine collocate nel relativo stampo con un adattamento quasi perfetto.

Cablaggio statore

La foto ci mostra le bobine sistemate assieme nello stampo. Ogni fase è numerata e si compone di tre bobine collegate in serie. Ogni bobina ha un inizio e una fine. L'inizio va collegato ad un morsetto esterno e le tre bobine si collegano con inizio-fine(collegamenti interni) fino ad arrivare ad un secondo morsetto esterno. In realtà, vediamo come si procede: suddividiamo lo stampo in nove settori corrispondenti alle nove bobine. Vengono collocate le prime tre bobine a 120 gradi(es. 2, 2', 2"). L'inizio della prima bobina va al morsetto esterno denominato B, gli altri collegamenti sono interni(inizio-fine) fino ad arrivare al morsetto finale denominato Y.
Si collocano le altre tre bobine con lo stesso procedimento e poi le altre ancora fino al completamento. Il risultato è di avere 6 morsetti esterni denominati con A, B, C e X, Y, Z.

Per procedere alla sistemazione delle bobine all'interno dello stampo, conviene collocarle a tre a tre e fare subito il collegamento elettrico.
Infatti, le prime tre bobine devono essere collocati a 120° una dall'altra e posizionati in modo che vengano facilitati i collegamenti interni tra inizio e fine bobina. Sebbene queste bobine vengano collegate in serie, sono dislocate a 120° gradi e quindi, dal punto di vista elettrico, in un certo istante, è sempre una bobina che contribuisce alla f.e.m.i. Si suggerisce, ovviamente, di numerare le singole bobine onde evitare di fare confusione quando vengono collocate le altre nello stampo.

Prendere la fine della bobina in modo che punti verso l'esterno dello stampo e nastrarla con del nastro. Aggiungere mezzo giro di filo in modo che punti verso l'interno dello stampo . Meglio tenersi un po di filo più lungo per stare sul sicuro. Tutto questo serve a permettere i collegamenti all'interno tra la fine e l'inizio della bobina successiva così pure per i collegamenti iniziali.

Il filo di rame usato per gli avvolgimenti è di solito a doppio isolamento ed è difficile raschiarlo per togliere la parte che deve fare contatto. La migliore soluzione è quella di bruciare quella parte da togliere con un accendino a gas professionale o altrimenti usando un normale accendino. La cosa migliore è quando si vede che il rame diventa rosso. Poi si lascia raffreddare e con un coltellino si toglie l'isolante bruciato fino a chè non si intravede il rame nudo.

In alcuni casi, dopo aver tolto l'isolante, si provvede addirittura a stagnare il il filo usando il saldatore.

Mettere le tre bobine nello stampo, eliminare l'attorcigliamento dei fili e come si vede in figura, i collegamenti si hanno nella parte esterna e nella parte centrale.
Quindi saldare tutti i collegamenti della curva centrale usando dei tubicini di rame che crimpano i fili. Anche in questo caso si può usare un saldatore a stagno e poi nastrare il tutto.

Se viene costruita una macchina a 12 Volt a diverse sezioni, dove le bobine di ogni fase si possono collegare in serie o in parallelo, è facile usare dei sistemi a spinotti per cambiare il tipo di connessione. La cosa più pratica è usare dei morsetti esterni contrassegnati e usare i ponticelli per i divesi tipi di collegamento.

Nella foto si vedono i tre fili che escono verso l'esterno che rappresentano i tre fili di fase.

Ora dobbiamo creare il collegamento elettrico del centro stella. Per ogni fase andiamo a vedere quali sono i terminali delle ultime tre bobine e li attorcigliamo assieme dopo aver tolto l'isolante. Si provvederà a nastrare e quindi ad isolare questo morsetto a cui non viene collegato niente.

Finita la connessione del centro stella, occorre evitare che le bobine rimangano sollevate dallo stampo e sfregano contro il rotore.

Visto che le bobine si comportano come una molla, conviene adagiarle sulla superficie dello stampo compresi i collegamenti centrali. Per fare questo si usa del nastro adesivo che blocca ogni bobina. Per l'esattezza conviene usare del nastro largo che ha maggiore adesione alla superficie.

Tagliare 9 piccoli rettangoli di panno in fibra di vetro con dimensioni 1.5" per 2". Questi pezzi di panno servono per incollare le bobine poichè esse devono essere estratte dallo stampo prima di colare la resina, come vedremo più avanti.

Usare una colla al cianacrilico per i rettangoli di tessuto che dovrebbero tenere le bobine. Mettere in abbondanza questa colla in modo che i rettangoli di panno si imbevano abbondandemente e facciano corpo unico con le bobine. Dopo che si asciuga la colla, si vedrà che il tessuto sulle bobine diventa rigido e con esso anche le bobine in modo da poterle maneggiare senza che nulla si sposti dalle posizioni originarie.

Nella figura si vedono tutte le bobine collegate le une alle altre con il tessuto in fibra e incollate.

Rimuovendo il nastro applicato prima, tutto il gruppo bobine dovrebbe venire via.

Ora si può tirare fuori dallo stampo il gruppo di bobine mettendole da parte in attesa di colare la resina magari facendo un segno sullo stampo e sulle bobine per posizionarle nella stessa maniera.

Costruzione dello statore

Le bobine dello statore devono essere immersi nella stessa resina con cui è stato fatto il rotore. Per maggior sicurezza, bisognerebbe usare uno strato di panno in fibra, sia da un lato, che dall'altro delle bobine in modo da assicurare un blocco unico.

Per coprire il set di bobine sotto e sopra, abbiamo bisogno di due fogli di panno in vetro dal diametro esterno di 15" e il diametro interno di 6". Questi due si possono tracciare con un compasso mentre il taglio può avvenire in un colpo solo sovrapponendo i due fogli.

Nella foto si possono vedere i due anelli in fibra di vetro. Prima di inserire questi anelli nello stampo, occorre spalmarlo internamente di grasso o di cera in modo che la resina non si attacchi al legno.

La prima operazione da compiere è preparare la resina e quindi versarne una piccolissima parte nello stampo giusto per ricoprirlo a mala pena.

Mettiamo uno degli anelli di fibra nella resina e spalmiamo con un bastone finchè non diventi saturo, ovvero, finchè non si imbeva completamente di resina.

Versare nuovamente della resina sopra e spalmarla con un bastone.

Mettere le bobine nella resina con molta delicatezza.

Riversare la resina sopra guardando che tutto sia pieno.

Mettere l'ultimo anello di fibra sopra e spalmare con un bastone finchè diventa saturo.

Versare la rimanente parte di resina sopra l'anello e muovere leggermente lo stampo per fare scomparire eventuali bolle d'aria.

Con molta attenzione mettere sopra il coperchio dello stampo.

Avvitare il coperchio con una chiave da 13 facendo attenzione a non sporcare la filettatura.

Usare delle cagne per stringere lateralmente il coperchio per evitare che la resina coli da qualche parte.

Con uno scalpello togliere la resina circostante per evitare difficoltà quando poi si indurisce.

Una volta che la resina si è indurita, togliere le cagne e svitare il dado del coperchio aiutandosi con un cacciavite se oppone resistenza.

Usare un carteggiatore elettrico per togliere i bordi insipidi dello statore. Queste insidie possono pregiudicare la rotazione dei rotori.

Occorre a questo punto fare tre fori sullo statore per fissarlo alle tre zanne del supporto. La cosa più comoda è di smontare le tre zanne dal supporto e sovrapporle sullo statore marcando i punti di foratura. E' preferibile forare tra due bobine dello statore dove abbiamo maggiore spazio. Poichè le tre zanne costituiscono un corpo unico con il foro al centro, è molto importante che il centro di questo foro coincida con il centro dello statore.

Fare, quindi, 3 fori da 1/4" di diametro e distanti dal bordo 1/2".

Creare tre fori in corrispondenza delle uscite delle bobine ed inserire tre bulloni corti corredati di due rondelle liscie e il corrispettivo dado. Tra le due due rondelle verrà attorcigliato i filo di uscita della bobina con l'isolante tolto. La parte posteriore, sarà anch'essa corredata di due rondelle ed un secondo dado. Questo servirà successivamente ad ammorsettare un capicorda per il collegamento esterno.

Ora lo statore è finito e possiamo metterlo da parte in attesa dell'assemblaggio finale dell'alternatore eolico.

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Assemblaggio Alternatore