Prova a vuoto, in cortocircuito e valutazione del rendimento di

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PALERMO,
CORSO DI LAUREA
IN INGEGNERIA ELETTRICA
Facoltà di Ingegneria
Università degli Studi
Viale delle Scienze - Parco d'Orleans
90128 PALERMO
ESERCITAZIONE DI MISURE E COLLAUDO DI MACCHINE ED IMPIANTI ELETTRICI
PROVA A VUOTO, IN CORTO CIRCUITO E VALUTAZIONE DEL RENDIMENTO
DI UN MOTORO ASINCRONO TRIFASE
MISURE E COLLAUDO DI MACCHINE ED IMPIANTI ELETTRICI
Prova a vuoto di un motore asincrono (controllo convertitore ca/cc in corrente)
Prova a rotore bloccato (controllo convertitore ca/cc in velocità, riferimento zero)
Prova a carico di un motore asincrono (controllo convertitore ca/cc in corrente)
Dati di targa del motore asincrono trifase in prova
potenza nominale
frequenza nominale
tensione nominale
corrente nominale
numero di coppie polari
velocità nominale
ditta costruttrice
resistenza di statore a 23°C
5,5 kW
50 Hz
380 V (Y)
13 A
1
2870 giri/min
Siemens
Rstat=0,87 
1
Strumenti e apparecchiature adoperate
Interruttore da quadro (T1)
Autotrasformatore trifase
Potenza nominale
Tensione nominale
Tensione in uscita
Frequenza nominale
30 kVA
380V
0 ÷ 380V
45÷60 Hz
Analizzatore di potenza
Portate amperometriche
Portate voltmetriche
Modello
Numero di serie
Ditta costruttrice
Precisione a 1 anno a 23°C:
Tensione e corrente
Potenza attiva
0,1-0,2-0,5-1-2- 5 -10-20-50 A
65-130-260-520-650 V
D5155
t7090311
Norma
(0,1% di lettura + 0,1% della portata)
cos =1 (0,1% della portata)
cos =0,1 (0,5% della portata)
Cronometro
Generatore di forma d’onda PHILIPS PM 5138
Stroboscopio
Tipo
Tensione d’alimentazione
Frequenza d’alimentazione
Ditta costruttrice
Strobotac 1531-A
210250V
5060Hz
GeneralRadioCompany
Macchina a corrente continua con eccitazione indipendente
potenza nominale
corrente nominale armatura
tensione nominale armatura
corrente nominale eccitazione
tensione nominale eccitazione
velocità nominale
ditta costruttrice
tipo
7,83 kW
22,5 A
400 V
0,7 A
340 V
2850 giri/min
Stipaf Elettromeccanica
L1B90M N°19187
Convertitore ca/cc trifase quattro quadranti
Tensione di alimentazione
Frequenza di alimentazione
Corrente di alimentazione
Tensione di uscita
Corrente di uscita
380  415 V
45  65 Hz
33 A
-400  400 V
40 A
2
0  375 V
12 A
Elettronica Santerno
CRM90.40
Tensione di uscita eccitazione
Corrente di uscita eccitazione
Ditta costruttrice
Tipo
Termometro
Tipo
Campo di temperatura
Modello
Numero di serie
Ditta costruttrice
Precisione a 20°C
digitale
-20  +60 °C
HM34
562840
VAISALA
0,3°C
Alimentatore in corrente continua
Tensione di uscita
Corrente massima
Modello
Ditta costruttrice
Vn = 0600V
6A
500 KL 2,4/6
Elind
Amperometro analogico (corrente di eccitazione)
Tipo
magnetolettrico
Portata
7,5 – 1,5 – 0,3 A
Fondo scala
150 div
Classe
0,5
SCOPO DELLE PROVE
Prova a vuoto :
Determinare la corrente e la potenza assorbita a vuoto per calcolare
sia le perdite nel ferro e meccaniche che i parametri dello schema
equivalente a .
Prova in corto circuito :
Determinare la potenza assorbita in corto circuito per calcolare i
parametri dello schema equivalente a .
Valutazione del rendimento:
Determinare in modo indiretto il rendimento della macchina per
diverse condizioni di carico.
3
RISULTATI DI MISURA
PROVA VUOTO
I0s=0 [A]
Vc [V]
I0s0 [A]
P0 s=0 [W]
P0 s0 [W]
Temperatura ambiente a=
Calcolo delle perdite nel ferro e di quelle meccaniche
Le perdite nel ferro e addizionali a vuoto Pfe,add,v si calcolano dalla prova a vuoto a scorrimento zero:
Pfe,add,v = P0 s=0 - Pjstat s=0
dove le perdite per effetto Joule statoriche si calcolano come:
PJstats=0=3I0s=02Rstata
con Rstata resistenza dell’avvolgimento statorico alla temperatura della prova. La Rstat è stata misurata
precedentemente con un metodo volt-amperometrico alla temperatura di 23°C ed è pari a:
Rstat=0,87 
La Rstata si ottiene riportando la Rstat alla temperatura di prova.
2
 V 
V
 .
Si riportano su un grafico la I0 in funzione di   e le P0s=0 e Pfe,add,v in funzione di 
 Vn 
 Vn 
Interpolando si ricavano gli andamenti delle I0s=0, P0s=0 e Pfe,add, e quindi il valore della corrente a vuoto
e delle perdite in corrispondenza della tensione nominale.
Le perdite meccaniche Pm si ricavano:
Pm= P0 s0 - Pjstat s0- Pfe,add,v – Pmecc,cc
Dove Pmecc,cc sono le perdite meccaniche della macchina a corrente continua che saranno valutate
successivamente:
Pmecc,cc =
Calcolo dei parametri trasversali
4
Calcolo della potenza apparente e reattiva:
A 0  3  Vn  I 0s0n 
Q 0  A 02  P02 
Calcolo dei parametri trasversali R0 e X dello schema equivalente a gamma :
R0 =
Vn2
=
Pfe, add,v
Vn2
X =
=
Q0
PROVA IN CORTO CIRCUITO
V(V)
(stellata)
I(A)
P(W)
Calcolo dei parametri longitudinali
Il valore della resistenza risulta:
R cc 
P

3  I2
Tale valore deve essere riportato alla temperatura di riferimento  r  75  C .
La potenza reattiva richiesta dal motore è fornita dalla relazione:
Q

3VI

2
 P2
Il fattore di potenza è espresso dalla relazione:
Q

cos  cos arctg 
P

5
Il valore della reattanza risulta invece:
X cc 
Q
3  I2
.
VALUTAZIONE DEL RENDIMENTO
Condizioni
di carico
I [A]
Vc [V]
Pi [W]
N [giri]
t [s]
I
II
III
IV
V
VI
VII
Valutazione delle perdite
Le perdite nel rame statorico valgono rispettivamente:
PCustat75°=3KTRstat I 2
con
KT =
235   r
=
235   a
Le perdite nel rame rotorico, riferite alla temperatura di prova si calcolano dalla espressione seguente:
Pcurota  s  Psr
Dove s è lo scorrimento relativamente ad ogni condizione di carico calcolato come:
s
sn c
nc
60  f
ed snc è la velocità di scorrimento del
p
motore che si ricava con il metodo stroboscopico, utilizzando la seguente espressione:
dove nc è la velocità di sincronismo,che è pari a n c 
6
sn c 
N  60
pt
dove N è il numero di giri della tacca di riferimento segnata sul disco, T è il tempo espresso in secondi
impiegato dalla tacca stessa per compiere il numero di giri N e p è il numero di coppie polari del
motore asincrono.
Con Psr si indica la potenza trasmessa dallo statore al rotore che si calcola attraverso la relazione:
Psr  Pi  3  Rstata  I 2  ΔPfe,add,v
con Rstata resistenza dell’avvolgimento statorico alla temperatura della prova. La Rstat è stata misurata
precedentemente con un metodo volt-amperometrico alla temperatura di 23°C ed è pari a:
Rstat=0,87 
La Rstata si ottiene riportando la Rstat alla temperatura di prova.
Le perdite nel ferro sono quelle relative alla tensione di ogni singola prova.
Le perdite nel rame rotorico riportate alla temperatura di riferimento rif  75C tramite la costante di
riporto termica KT sono:
Pcurot75  K T Pcurota
Le perdite addizionali a carico, relativamente ad ogni condizione di carico, si assumono pari allo 0,5%
della potenza assorbita dal motore.
Le perdite meccaniche e quelle nel ferro sono state ricavate nella prova a vuoto.
Il rendimento,relativamente ad ogni condizione di carico, è espresso dalla seguente relazione:
η

Pi - Pcu,st75  Pcu,rot75  Pmecc  Pfe, add,v  Padd

Pi
7
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