PREMESSA caratteristiche di funzionamento metodo diretto metodo indiretto

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1 pag. 1 PREMESSA Le prove di collaudo o di verifica delle macchine elettriche devono essere eseguite seguendo i criteri stabiliti dalle Norme CEI a meno che non vi siano accordi particolari tra le parti. Le Norme da seguire per le prove sulle macchine elettriche sono: a) per le macchine rotanti: Norme CEI 2.3 (fasc. 355) del 1974 e 2.6 (fasc. 418) del 1976; b) per i trasformatori: Norme CEI 14.4 (fasc. 253) del Le principali prove da eseguire sulle macchine elettriche sono: a) prova di riscaldamento; b) prova di isolamento; c) prova di funzionamento per la determinazione del rendimento. Oltre a queste prove che sono obbligatorie e devono essere eseguite secondo quanto fissato dalle Norme, si eseguono normalmente altre prove di funzionamento che consentono di poter meglio studiare il comportamento ed il funzionamento delle macchine (curve che dipendono dal tipo di macchina). Nel caso di motori asincroni vengono eseguite delle prove per tracciare quelle curve, dette caratteristiche di funzionamento, che consentono di determinare il comportamento del motore in funzione delle condizioni di carico. Tali curve descrivono l andamento di: potenza, fattore di potenza, rendimento, coppia e scorrimento, in funzione della corrente assorbita o della potenza resa (caratteristiche elettromeccaniche) e coppia motrice in funzione della velocità o dello scorrimento a tensione e frequenza costanti (caratteristica meccanica). I metodi usati per il rilievo delle caratteristiche di funzionamento sono due: metodo diretto (prove al freno per motori di piccola potenza, max 10 CV); metodo indiretto (ovvero costruzione del diagramma circolare per motori di grossa potenza).

2 pag PROVA DIRETTA (al freno elettromagnetico) MACCHINE ELETTRICHE Franco Cottignoli pag. 398 OGGETTO: Motore asincrono trifase a rotore avvolto tipo V 413 Tensione di alimentazione Vn = 220/380 V /Y In = 6,5/3,75 A Pn = 2 Hp f = 50 Hz N = 1500 g/min N N inventario SCOPO: Tracciare le curve caratteristiche di funzionamento del motore asincrono: I = f(pr); Cos ϕ = f(pr); s = f(pr); η = f(pr); T = f(n). SCHEMA ELETTRICO TABELLA DEGLI STRUMENTI UTILIZZATI STRUMENTO TIPO CARATTERISTICHE COSTRUTTORE N INV. 1 Wattmetro Digitale D 1150 funz. V - I - P - cos NORMA Wattmetro Digitale D 1150 funz. V - I - P - cos NORMA Wattmetro Digitale D 1150 funz. V - I - P - cos NORMA Banco freno Elettromagn.

3 pag. 3 RELAZIONE Il freno elettromagnetico (Pasqualini) E costituito da un disco in materiale conduttore (solitamente rame) calettato sull albero del motore, che ruota tra le espansioni polari di un elettromagnete montato su una struttura che potenzialmente può rotare attorno allo stesso asse dell albero motore. Gli avvolgimenti dell elettromagnete, percorsi dalla corrente continua (la c.c. è più vantaggiosa della c.a. per 2 motivi: non si hanno perdite nel ferro per isteresi e correnti parassite; a parità di I a tensione è più bassa in quanto manca la X) generano un campo magnetico che attraversa il disco. La zona di disco esposta alle espansioni polari può essere vista come composta da tante spire conduttrici chiusi in corto circuito. Il campo magnetico che attraversa tali spire in movimento (per effetto della rotazione del disco) genera delle delle f. e. m. i. (e = B x l x v x senϕ) e quindi delle correnti indotte (dato che le spire sono chiuse in corto circuito). Il campo magnetico, interagendo con le correnti indotte sul disco genera delle forze (F = B x l x I) che tendono a frenare il disco. Regolando la corrente di eccitazione, si regola la forza frenante. Per reazione il disco esercita delle forze uguali e contrarie che tendono a mettere in rotazione la struttura che sostiene l elettromagnete. Tale rotazione è impedita da una cella di carico sulla quale si scarica tutta la forza che tende a frenare il disco. La cella di carico è un dispositivo costituito da una resistenza elettrica sensibile ad una forza di schiacciamento. Un circuito elettronico, con un opportuno ponte di Wheatstone, misura la variazione di resistenza e la evidenzia su un display in termini di forza. La misura di questa forza per la distanza dall asse di rotazione determina la coppia frenate applicata al motore. Tutta l energia applicata per frenare il motore si straforma in energia termica per effetto Joule (RxI 2 ) generata sul disco, con conseguente riscaldamento del disco stesso. Siccome la potenza termica che è possibile smaltire col disco è modesta, questo tipo di freno è possibile solo per motori con potenza di qualche kw. Per potenze superiori occorre passare ad altri metodi come la dinamo freno. La dinamo freno

4 pag. 4 Esecuzione della prova La prova diretta viene eseguita solo su macchine di modesta potenza e serve per tracciare le curve caratteristiche (I, cos ϕ, η, s, n, Pa, in funzione della Pr) e la caratteristica meccanica (C in funzione del numero di giri o dello scorrimento). Per questa prova sono stati utilizzati 3 multimetri digitali con funzione di voltometro, amperometro, wattmetro e cosfimetro; tali strumenti hanno autoconsumi praticamente trascurabili. Si collegano i morsetti del motore secondo lo schema prestabilito (stella o triangolo), si chiudono in c.to-c.to i morsetti rotorici (non servono le resistenze rotoriche in quanto l avviamento viene fatto senza carico e con tensione ridotta), si monta il circuito come indicato nello schema. Sia avvia il motore senza carico (Iecc disco = 0), con tensione via via crescente, facendo attenzione che gli spunti di corrente non raggiungano valori pericolosi per gli strumenti (amperometriche), fino al valore Vn. Stabilizzata la velocità si incomincia a caricare il motore a valori prestabiliti, attraverso la regolazione della corrente di eccitazione dell elettromagnete, fino ad un massimo del 130% circa della corrente nominale del motore. Di volta in volta si rilevano i valori degli strumenti elettrici, della coppia e del numero di giri misurato con una dinamo tachimetrica (o con una fotocellula). Infine si ferma il motore, si sconnette il disco, si rialimenta nuovamente fino alla Vn e si esegue la misura a vuoto. I valori rilevati vengono tabellati ed espressi in termini di diagrammi lineari. Condizioni della prova - Statore collegato a Y?? (Vn = 380 V In = 3,75 A???) - Tensione costante durante tutte le misure = 380 V???. - Carico variabile da 0 fino ad un massimo di % del carico nominale (corrente). Rilevare almeno 10 valori oppure 1/4, 2/4, 3/4, 4/4, 5/4 di In Considerazioni finali sull andamento dei diagrammi (da fare).

5 pag. 5 TABELLA SPERIMENTALE T N Pr V A Wa Wb Pa Cos ϕ S % η kgm g/min W V A W W W / % / , ,2 1,7 0 A vuoto 0, , ,36 2,5 0,26 Solo disco 0, , ,45 3,0 0,36 0, , ,56 3,8 0,52 0, , ,72 5,6 0,65 0, , ,78 6,5 0,68 0, , ,82 7,7 0,69 0, , ,82 8,7 0,70 1, , ,83 9,3 0,71 1, , ,85 10,1 0,70 1, , ,86 11,7 0,70 FORMULE UTILIZZATE Pr = N x m x ω = Pr = 1,027 x T x n Pa = Wa + Wb (si trascura l autoconsumo degli strumenti) Q = 3 x (Wa - Wb) (si trascura l autoconsumo degli strumenti) cos ϕ = cos arctg ( Q P ) No - N s% = No x 100 η = Pr Pa *Nota disco Pdisco = Pa2 Pa1 =... W a cui corrisponde a... g/min una T =... kgm La T riportata in tabella è la somma della T misurata con la cella di carico + T calcolata al rigo precedente necessaria a trascinare il disco (a partire dalla seconda misura)

6 pag. 6 GRAFICI 5,00 4,00 Corrente - Potenza resa Inizia da Io e cresce con andamento quasi parabolico. La corrente a vuoto è rilevante ma è fortemente sfasata I [A] 3,00 2,00 1,00 0,00 Cos Cos - Potenza resa 1,0 0,8 0,6 0,4 0,2 0,0 Inizia da cos ϕo e cresce inizialmente in modo rapido per appiattirsi quasi dopo il valore di potenza nominale cos ϕo =~ 0,2 cos ϕn =~ 0,8-0,9 A vuoto prevale la potenza magnetizzante rispetto alle perdite nel ferro, meccaniche e joule nello statore Velocità - Potenza resa Retta con leggera pendenza in quanto la variazione di velocità al variare del carico è modesta in un motore asincrono n [g/min]

7 pag. 7 12,0 10,0 Scorrimento - Potenza resa E crescende con andamento quasi rettilineo nel primo tratto S [%] 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 Rendimento - Potenza resa 0,80 0,70 0,60 0,50 0,40 0,30 0,20 0,10 0,00 Parte da zero per Pr = 0; Cresce inizialmente rapidamente e raggiunge il massimo a circa 3/4 Pn Potenza assorbita - Potenza resa Pa [W]

8 pag. 8 Coppia [kgm] CARATTERISTICA MECCANICA 1,40 1,20 1,00 0,80 0,60 0,40 0,20 0, Velocità [g/min] Nel tratto di normale funzionamento del motore. Si presenta come una retta a debole curvatura e leggermente inclinata rispetto alle ascisse (la velocità varia molto poco al variare di Pr. Intercetta le ascisse alla velocità di sincronismo n o

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