Macchine rotanti
a corrente continua
Determinazione del
rendimento
In campo industriale, soprattutto nei servizi di fabbricazione e di
riparazione, è frequente incontrare macchine rotanti a corrente
continua.
L’obiettivo dell’applicazione descritta in questa sede, consiste nel
caratterizzare due macchine a corrente continua. Mediante le specifiche
dei costruttori delle 2 macchine, è possibile determinare un rendimento
teorico dell'insieme, ottenendo così un valore di riferimento. I risultati
delle misure seguenti vi permetteranno di verificare il rendimento reale
di questo sistema.
Le prove sono state realizzate con due macchine a corrente continua
e collegate: una macchina con funzione motore, che aziona l'albero di
un’altra macchina, con funzione generatore.
RI1
Ui1
Ii1
Ii2
Carica
Charge
E
E
Iex1
Uex1
RI2
Iex2
Uex2
Schema di cablaggio
di un
motore
Elettromeccanica
Manutenzione
Potenze
Determinazione del rendimento di un motore
Il motore a corrente continua
Il motore a corrente continua possiede due parti ben distinte: l'indotto (rotore) e l'induttore (statore).
Nota bene: lo statore è la parte statica del motore elettrico. Può creare un campo magnetico che, per interazione con il
campo magnetico del rotore, produce la coppia elettromeccanica e aziona il motore.
Teoricamente le caratteristiche sono le seguenti:
Motore
U
I
N = 1,500 giri/minuto
Induttore
200 V
0.7 A
P = 3 kW
Indotto
220 V
15 A
Generatore N = 1,500 giri/minuto
Inductor
U
200 V
I
0.8 A
P = 3 kW
Indotto
220 V
14 A
Caso pratico…
Primo passo:
Determinare la resistenza dell'indotto di ogni motore
Si consiglia di fare girare il motore prima di effettuare la misura.
Infatti, il calore è un fattore che influisce sulla resistenza dell’indotto.
Per ottenere misure affidabili, occorre operare alla temperatura di
funzionamento normale del motore.
Previa verifica dell’assenza di tensione ai morsetti dell’indotto mediante
il DDT/VAT C.A 760N, basta attivare la modalità ‘Ohmmetro’ che diventa
disponibile sullo schermo premendo il tasto ‘Multimetro’ dell’Handscope®.
Si misurano quindi 1,5 Ω per il motore e 1,37 Ω per l'indotto del generatore.
Utilizzo dell'oscilloscopio Handscope®
per la misura della resistenza
Secondo passo:
Regolare le due tensioni ai morsetti dell'induttore
Se la tensione dell'induttore tende a 0 e se nessuna
tensione è presente nell'indotto, la velocità tenderà
all'infinito, da un punto di vista teorico. In pratica,
questo fenomeno rischia di danneggiare il motore.
L'oscilloscopio Handscope® si collega ai due canali
dell'induttore; potete effettuare misure simultaneamente,
poiché le masse non sono collegate. I canali sono
totalmente isolati fino a 600 V CAT III fra loro e rispetto a
terra. Essi permettono quindi di ottenere misure di segnali
aventi un riferimento elettrico diverso, nella massima
sicurezza.
Innanzitutto, l’Handscope® va regolato in posizione
‘tensione continua’. La pressione sul pulsante ‘AutoSet’
permette di effettuare una regolazione automatica
preliminare. In caso di bisogno, è possibile un adattamento
mediante una regolazione manuale.
Nella foto il canale 1 dell’Handscope® è collegato
all'induttore tramite un connettore BNC/Banana.
Collegando la pinza MA100 all’Handscope®, è possibile
sorvegliare simultaneamente la tensione e la corrente.
Si ottengono quindi un’intensità di 0,5 A per il motore e
0,8 A per il generatore..
Determinazione del rendimento di un motore
Terzo passo:
Misurare le tensioni, le correnti d’ingresso e di uscita
Basta aumentare progressivamente la tensione dell'indotto,
pur sorvegliando la velocità del motore, affinché non superi
la velocità nominale.
L’allacciamento dell'oscilloscopio SCOPIX® avviene in
maniera da monitorare la tensione e la corrente dell'indotto
delle due macchine. Poiché le masse dei due canali sono
separate un corto circuito non è possibile.
Lo SCOPIX® in modalità Multimetro permette la regolazione
canale per canale fino all’ottenimento delle tracce volute.
Questa modalità permette la selezione di ogni
canale individualmente e la definizione dell'unità A
sarà eseguita automaticamente, se si utilizza una
pinza PROBIX® HX0034, oppure manualmente con
le altre pinze, a seconda del e relativo rapporto di
trasformazione, per permettere una lettura agevole
e diretta.
In seguito si aumenta gradualmente la velocità del
motore, sorvegliandola sempre mediante l’utilizzo del
tachimetro C.A 1725. Durante questo esperimento, la
velocità ha raggiunto 1.460 giri/minuto sull'albero del
motore con una tensione all'indotto di 183 V e una
portata di 4,91 A.
Le misure fatte all’uscita della macchina a corrente
continua collegata come generatore una tensione di
216 V e un’intensità di 2,79 A. Possediamo ora tutti i
dati per effettuare i calcoli di coppia e di potenza.
U
M
M
U
Misure effettuate sul motore
-- Indotto: Ui1 = 183 V e Ii1 = 4.91 A
-- Induttore: Uex1 = 100 V e Iex1 = 0.5 A
-- n = 1,460 giri/minuto
-- Ri1 = 1.5 Ω
Misure effettuate sul generatore
-- Indotto: Ui2 = 216 V e Ii2 = 2.79 A
-- Induttore Uex2 = 100 V e Iex2 = 0.8 A
-- n = 1,460 giri/minuto
-- Ri2 = 1.37 Ω
Conclusione:
Il rendimento corrisponde alla potenza utile divisa per la potenza assorbita dal sistema.
Infatti, esistono perdite per effetto Joule, per isteresi dell’indotto (perdite dovute al campo magnetico che
aziona il sistema), oltre a perdite meccaniche dovute all’attrito. L’insieme di queste perdite causa una
diminuzione del rendimento.
Senza chiarire in dettaglio i calcoli matematici e partendo dalla formula generale:
R = (Pu / Pa), il risultato ottenuto corrisponde ad un rendimento di R = 0,5859.
Il rendimento è espresso da un valore compreso fra 0 e 1. Più il valore è vicino a 1, migliore è il rendimento.
Nella fattispecie il rendimento è pari a 0,5859, ossia il 59 % se espresso in %. Questo valore indica chiaramente
lo scarso rendimento del sistema.
Determinazione del rendimento di un motore
Gli strumenti di misura utilizzati
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Oscilloscopi SCOPIX III OX7104 e/o Handscope OX5042
PROBIX HX0031: adattatore PROBIX per cavo BNC
PROBIX HX0033: adattatore PROBIX per cavo a banana
Probix HX0034: pinza di corrente AC/DC 0,02 A - 60 Arms/1 MHz
Pinza amperometrica MA100
Pinza amperometrica CM605
Tachimetro C.A 1725
Rilevatore di Tensione C.A 760N
Lo SCOPIX® III OX7104 è un oscilloscopio dotato di 4 canali isolati e di una banda
passante di 100 MHz.
Il sistema PROBIX®, brevettato da Chauvin Arnoux / Metrix®, permette un riconoscimento
immediato del sensore collegato ai canali isolati dello SCOPIX®.
Inoltre i PROBIX® alimentano i sensori allacciati quindi non occorre un’alimentazione
aggiuntiva.
Per la parte didattica TP, maggiori ragguagli sono disponibili
a brand of CHAUVIN ARNOUX GROUP.
L’Handscope®, con li suoi due canali isolati, possiede una banda passante da 40 MHz.
www.chauvin-arnoux.com/scopix.
Il nostro Ufficio Assistenza si tiene a vostra disposizione per qualsiasi domanda
sui prodotti o relative applicazioni
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AMRA SpA
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906214383 - Ed. 1 - 07/2013 - Documento non contrattuale.
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