Macchine Elettriche. Esercitazione sulla macchina in continua

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1 Macchine Elettriche Esercitazione sulla macchina in continua Dipartimento di Università di Pisa tel

2 Oggetto della prova Rilievo della caratteristica a vuoto, della caratteristica meccanica e dell efficienza di un motore in corrente continua ad eccitazione indipendente Dati di targa della macchina Motore in corrente continua ad ecc. ind. P n = 10 kw V n = 220 V I n = 41.7 A w n = 1500 rpm V ecc_n = 120V I ecc_n = 2.4 A 2

3 Il motore è trascinato in rotazione alla velocità nominale (w mn ) da un motore primo (Sincrono). I morsetti dell armatura sono aperti. Caratteristica a vuoto Si varia la corrente di eccitazione (Iecc) da zero al valore nominale e poi di nuovo a zero, registrando il corrispondente valore della tensione a vuoto ai morsetti di armatura (E 0 ) w m M dc T MS I ecc A V ecc V E o 3

4 Scelta degli strumenti Amperometro sul circuito di eccitazione Voltmetro sul circuito di armatura Torsiometro sull albero del motore Caratteristica a vuoto Sistemi Portata Elettrici Fondo e Automazione scala Voltmetro V d V = V/div Amperometro A d A = A/div Torsiometro Strumento digitale d T = 1 rpm/hz 4

5 Caratteristica a vuoto E 0 = w m M sr I ecc E 0 I ecc 5

6 Caratteristica meccanica Si vuol rilevare la caratteristica meccanica del motore, ossia l andamento della coppia elettromagnetica sviluppata in funzione della velocità angolare per un determinato valore della tensione di armatura (V a ) e della corrente di eccitazione (I ecc ). Per la macchina ad eccitazione indipendente vale la relazione: Sistemi Elettrici w e Automazione V = RI M I Cem = M sriecci a a a sr ecc m C = M I em sr ecc V M I R w a sr ecc m E una retta con pendenza negativa. La relazione è valida in condizioni di regime, ossia con I a = cost 6

7 Caratteristica meccanica L equazione meccanica della macchina è: C em dwm C C = J dt Università em r di Pisa Dipartimento di Per determinare la coppia elettromagnetica (C em ) in condizioni di regime occorre applicare all albero una coppia resistente (C r ) e attendere che si sia stabilito il regime meccanico (w m = cost). C r w m w m P i t 7

8 Caratteristica meccanica In queste condizioni vale la relazione: C em = C r Quindi dalla misura della coppia C r e della velocità w m si determina un punto della caratteristica meccanica (P i ). 8

9 Caratteristica meccanica Per creare una coppia resistente all albero del motore si accoppia questo ultimo con un generatore sincrono (GS) i cui avvolgimenti statorici sono chiusi su un carico resistivo trifase (R). L insieme GS + R è visto dal motore come una C r. Variando R si varia la C r. V R M dc T I ecc A V V a A R M R V ecc 9

10 Caratteristica meccanica Scelta degli strumenti Amperometro e voltmetro circuito di eccitazione Amperometro e voltmetro sul circuito di armatura Torsiometro sull albero del motore Sistemi Portata Elettrici Fondo e Automazione scala Voltmetro V d V = Amperometro A d A = Torsiometro Velocità angolare d w = Coppia d T = 10

11 Caratteristica meccanica C em P n Punti rilevati sperimentalmente Sistemi Elettrici P e Automazione 2 P 1 Retta interpolante C em = a w m + b w m 11

12 Deteminazione della retta interpolante Per ogni punto P i rilevato sperimentalmente si può impostare la seguente equazione: P 1 (w 1, C em1 ) C em1 = a w 1 + b P 2 (w 2, C em2 ) C em2 = a w 2 + b : P n (w n, C emn ) C emn = a w n + b C = Ax 12

13 Dove: C Deteminazione della retta interpolante C C em1 C = Ax Università di Pisa Dipartimento di em2 = Sistemi Elettrici : : e Automazione b C emn A w1 w = wn 1 Si tratta di un sistema sovradimensionato: a X = 1 T T T T Ax = b A Ax = A b x = A A A b Pseudoinversa di A 13

14 Valutazione dell efficenza Per ogni punto è possibile valutare anche il rendimento del motore. Potenza in ingresso Pin = Va Ia Vecc Iecc Università di P Pisa Dipartimento di out =mcem Potenza in uscita L efficienza è P = P out in 14