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
Dati di targa della macchina sincrona a poli salienti in prova
potenza nominale
frequenza nominale
collegamento avvolgimento d’armatura
tensione nominale
corrente nominale
velocità nominale
fattore di potenza
corrente d’eccitazione nominale
numero di coppie polari
fattore di potenza nominale
numero di serie
fabbricante
50 kVA
50 - 60 Hz
a stella con neutro
380 V
76A
1500-1800 giri/min
0,8
8,2A
4
Cos = 1
SG 914 PV – Ord. B 93131 – N° 785202
ERCOLE MARELLI & C. S.p.A.
Descrizione del gruppo macchine utilizzato
Al fine di potere sviluppare tutte le prove previste dalla Norma CEI EN 60034-4, si è utilizzato un
gruppo di macchine coassiali costituito dai seguenti macchinari:
N° 2 macchine sincrone a poli salienti.
N° 2 macchine in corrente continua con eccitazione separata.
N° 4 gruppi motore asincrono-dinamo utilizzati rispettivamente per l’eccitazione delle macchine
sincrone e di quelle a corrente continua.
In fig. 1.1 si riporta uno schema di principio del gruppo di macchinari sopra menzionati.
1
fig. 1.1 – Schema di principio del gruppo di macchine
Si ritiene importante sottolineare la straordinaria flessibilità di funzionamento del gruppo di macchine in
oggetto, potendo ognuna di esse funzionare sia da generatore che da motore, grazie alla presenza di
giunti a frizione facilmente sezionabili che rendono le quattro macchine montate coassialmente
totalmente indipendenti l’una dall’altra.
In fig. 1.2 è raffigurato il complesso quadro generale-macchine, mentre in fig. 1.3 è raffigurato il quadro.
M2
MS3
M1
GS3
D3
MA
fig. 1.2 - Complesso quadro generale-macchine
2
fig. 1.3 - Quadro generale
Di seguito si riportano i dati di targa delle macchine principali e delle relative eccitatrici associate ai
rispettivi motori primi.
M 1: Costruttore: ERCOLE MARELLI & C. S.p.A.
Anno di costruzione: 1965
Tipo: MC 754 CV – Ord. B 93131 – N° 785384
Nel funzionamento da dinamo si hanno le seguenti grandezze nominali:
PN = 44.2 kW (60 HP)
VN = 350 V
IN = 143 A
nN = 1500 -1800 giri/min
Servizio: Continuo
Eccitazione: Separata c. s. stab.
Vecc = 110 V
Iecc = 2.2-3.5 A
Rotazione: Oraria
Nel funzionamento da motore si hanno le seguenti grandezze nominali:
stessi dati di cui sopra tranne:
PN = 4.5-45 kW
VN = 35 V
IN = 129 A
nN = 1500 giri/min
Eccitazione: Separata
Iecc = 5.1 A
GS 3: Costruttore: ERCOLE MARELLI & C. S.p.A.
GENERATORE SINCRONO TRIFASE A POLI SALIENTI
Tipo: SG 914 PV – Ord. B 93131 – N° 785202
AN = 50 kVA
Cos = 1
VN = 380 V
IN = 76 A
fN = 50 – 60 Hz
nN = 1500 -1800 giri/min
Servizio: Continuo
N° poli = 4
3
IeccN = 8.2 A
MS 3: Stessi dati di GS 3 tranne:
N° 785203
IeccN = 7.7 A
M 2: Stessi dati di M 1 tranne:
N° 785385
nN = 1500 giri/min
Eccitazione: Separata
IeccN = 5.1 A
Rotazione: Antioraria
MA: Costruttore: ERCOLE MARELLI & C. S.p.A.
MOTORE ASINCRONO TRIFASE
Anno di costruzione: 1950
Tipo: N 112 M 4 – Ord. B 93185 – N° 231548
Classe isolamento: E
PN = 2.2 kW (3 HP)
V = 220 V - VY = 380 V
I = 9.18 A - IY = 5.3 A
fN = 50 Hz
nN = 1430 giri/min
Servizio: Continuo
D 4: Costruttore: ERCOLE MARELLI & C. S.p.A.
Anno di costruzione: 1965
Tipo: MC 15 A – Ord. B 93185 – N° 0443922
PN = 1.4 kW
VN = 110 V
IN = 12.7 A
nN = 1430 giri/min
Eccitazione: Composta
IeccN = 0.35 A
Ecc MS 3: Stessi dati di D 4 tranne:
N° 0441774
PN = 0.88 kW
VN = 80 V
IN = 11 A
Eccitazione: Separata
VeccN = 110 V
IeccN = 0.50 A
4
Banco di Misure e Prove
Le prove si distinguono, in dipendenza delle modalità di alimentazione della macchina, in:
Prove con macchina disalimentata.
Prove con alimentazione a tensione ridotta.
Prove con alimentazione a tensione di rete.
Alcune prove infine, necessitano dell’esecuzione del cortocircuito sulle fasi, sull’eccitazione o su
entrambi. Col banco realizzato è possibile soddisfare tutte le condizioni di prova cui si è fatto cenno
sopra. Le diverse modalità di alimentazione della macchina in prova sono rappresentate nello schema di
fig. 2.1. Dalla figura si evince la possibilità di alimentazione diretta da rete (T1-A), o a tensione ridotta
attraverso un variatore di tensione ad induzione (T1-C-Variatore-B).
Il cortocircuito sulle fasi è realizzato mediante chiusura del contattore Tcc, interbloccato con tutti gli
altri.
fig. 2.1 – Modalità di alimentazione della macchina in prova
lo schema funzionale del banco è raffigurato in fig. 2.2.
fig. 2.2 – Schema funzionale del banco di misura
5
Di seguito si esaminano dettagliatamente il variatore di tensione ad induzione, il quadro in armadio, il
quadro sinottico e gli strumenti di misura adoperati nelle prove.
VARIATORE DI TENSIONE AD INDUZIONE
Il variatore di tensione adoperato (fig. 2.3) ha le seguenti caratteristiche:
Matricola: B 20224
AN = 50 kVA
Servizio: continuo
Vs = 400 V
Rapp. 0,965
cos = 1
I = 76 A I 90 A
fig. 2.3 – Variatore di tensione ad induzione
Il variatore è dotato di un sistema di ventilazione forzata attuata mediante un motore asincrono trifase a
380 V con potenza nominale 0,5 kW.
La regolazione della tensione è motorizzata. Per lo scopo viene utilizzato un motore asincrono trifase a
380 V con potenza nominale 0,5 kW.
La regolazione fine si effettua manualmente a mezzo di manovella e vite-senza-fine.
6
QUADRO IN ARMADIO
Il quadro montato all’interno dell’armadio è quello in fig. 2.4.
fig. 2.4 – Quadro in armadio
Sul quadro in esame sono montati i contattori di potenza ed i rispettivi relais di comando.
L’alimentazione del quadro in esame e dei servizi ausiliari del variatore di tensione (ventilazione e
regolazione motorizzata) è in derivazione alla rete, subito dopo l’interruttore generale da quadro. A tale
scopo si è adoperato un interruttore automatico differenziale a bassa sensibilità con In = 80 A, In = 300
mA e Icn = 5 kA.
Si è altresì adoperato un trasformatore monofase 380/220 V/V da 1 kVA per l’alimentazione del
voltmetro digitale sul sinottico, necessario per il rilievo di massima della tensione fornita dal variatore.
Il sistema di contattori di potenza permette la selezione dei diversi circuiti che alimentano la macchina in
prova. Lo schema di principio è riportato in fig. 2.5.
fig. 2.5 – Schema di principio del sistema di contattori di potenza
7
QUADRO SINOTTICO
Il quadro sinottico realizzato è raffigurato in fig. 2.6.
fig. 2.6 – Quadro sinottico
Sulla parte frontale dell’armadio superiore, assieme alle le spie di segnalazione dello stato dei contattori
di potenza, sono pure alloggiati i pulsanti UP e DOWN della tensione in uscita dal variatore ed il
voltmetro digitale (fig. 2.7).
fig. 2.7 – Armadio superiore sinottico
8
Sulla consolle sono riportati il selettore a zero centrale che permette di scegliere il tipo di alimentazione
della macchina in prova (con o senza variatore, rispettivamente con A ON oppure con B e C ON), i
comandi ON-OFF dei contattori T1 e Tcc ed il selettore che consente di alimentare la macchina in prova
una volta impostata la tensione (fig. 2.8).
fig. 2.8 – Consolle sinottico
elenco delle prove eseguite in accordo con la Norma CEI EN 60034-4
Col banco realizzato è possibile effettuare le seguenti prove previste dalla Norma CEI EN 60034-3:
1. Prova di saturazione a vuoto, mediante la quale si rileva la caratteristica di magnetizzazione a
vuoto E0 = f(Iecc).
2. Prova in corto circuito trifase permanente, mediante la quale si rileva la caratteristica di corto
circuito I = f(Iecc).
3. Misura delle perdite e determinazione del rendimento.
4. Prova di corto circuito trifase istantaneo. Questa prova consente la determinazione dei valori di
reattanza subtransitoria e transitoria in fase ed in quadratura mediante rilievo oscillografico della
corrente di corto circuito.
5. Prova di ristabilimento della tensione. Questa prova consente la determinazione della reattanza
subtransitoria e transitoria in fase ed in quadratura mediante rilievo oscillografico della tensione
di ristabilimento dopo corto circuito.
6. Misura della reattanza sincrona diretta ed in quadratura di una macchina sincrona a poli salienti
mediante la prova a piccolo scorrimento. Questa prova permette la determinazione di Xd ed Xq
mediante elaborazione dei valori di Umax, Umin, Imax, Imin ottenuti con metodo oscillografico.
9
schema generale di misura
La connessione degli strumenti di misura alla macchina in prova è realizzata in posa fissa, soluzione
questa, che consente l’esecuzione delle diverse prove in sequenza, con un notevole risparmio di tempo
(fig. 2.9).
fig. 2.9 – Schema generale di misura
10
STRUMENTAZIONE DI MISURA ADOPERATA E RELATIVA COMPONENTISTICA
Di seguito si elencano gli strumenti adoperati e le relative tipologie di cavi di connessione.
Misure sulla macchina sincrona
Per il rilievo delle correnti di armatura della macchina sincrona si è fatto ricorso a tre trasformatori
amperometrici con le seguenti caratteristiche:
Marca: C.G.S.
Matricole: 077959 – 077960 -077961
Tensione: 0,6/3 kV
Frequenza: 50 Hz
Rapp.: 15/5 A = 15 VA Cl = 0,2
Rapp.: 50/5 A = 15 VA Cl = 0,2
Rapp.: 150/5 A = 15 VA Cl = 0,2
Nel caso di connessione con conduttore passante, si ha:
500 As
A = 10 VA Cl = 0,2
600 As
A = 15 VA Cl = 0,2
Il rapporto di trasformazione adoperato è KA=150/5.
L’effettiva corrente circolante in ogni fase statorica è dunque pari a:
I K A * I mis
150
* I mis 30 * I mis
5
A
La fig. 2.10 mostra i tre TA connessi ai morsetti del quadro di alimentazione.
fig. 2.10 – Trasformatori amperometrici per la misura delle correnti assorbite/erogate dalla macchina
sincrona
Il rilievo delle tensioni ai morsetti dell’alternatore è diretto.
Le misure di tensione e corrente dell’alternatore sono effettuate mediante un analizzatore di potenza
digitale con le seguenti caratteristiche:
11
Multimetro trifase
Modello
Portate voltmetriche
Portate amperometriche
Ditta costruttrice
Precisione a 1 anno a 23°C:
Tensione e corrente
Potenza attiva
D5155
65-130-260-520-650V
0,1-0,2-0,5-1-2-10-20-50A
Norma
(0,1% di lettura + 0,1% della portata)
cos=1
(0,1% della portata)
cos=0,1
(0,5% della portata)
Le portate impostate sono:
Vmax = 520 V
Imax = 5 A
La norma di riferimento prescrive che le tensioni rilevate siano quelle concatenate. Si è tuttavia scelto di
riportare sull’analizzatore di potenza le tensioni di fase mediante la costituzione di un centro stella
astratto. Il multimetro adoperato consente la lettura diretta delle tensioni concatenate, vedi fig.2.11.
fig. 2.11 – Analizzatore trifase
Il rilevo della corrente di eccitazione Iecc dell’alternatore è effettuato a mezzo di uno shunt con portata In
= 15 A.
La corrispondente corrente derivata dallo shunt è 0,075 A (fig. 2.12).
fig. 2.12 – Shunt per il rilievo della Iecc della macchina sincrona
12
La misura della corrente di eccitazione Iecc dell’alternatore in prova è effettuata da un amperometro
connesso all’uscita dello shunt (fig. 2.13) avente le seguenti caratteristiche:
Marca: C.G.S. Italia
Matricola N°:
Classe: 0,5
Portate selezionabili: 0,075 - 0,3 - 1,5 - 7,5 A
Temperatura di funzionamento: 10 °C I30 °C
N° divisioni a fondo scala: 150
Tipo
magnetoelettrico
Portata scelta
0,075 A
fig. 2.13 – Amperometro per la misura di Iecc
Per le misure che richiedono rilievi oscillografici si è adoperato un oscilloscopio con le seguenti
caratteristiche:
Oscilloscopio
Tipo
Modello
Banda passante
Frequenza di campionamento effettiva
Fabbricante
a quattro canali
DL 1740
500 MHz
1 GS/s
Yokogawa
Per il rilievo dei segnali da inviare all’oscilloscopio si sono adoperate tre sonde differenziali di tensione,
le cui caratteristiche sono di seguito riportate:
13
Sonda di tensione differenziale
Rapporto di trasformazione nominale vedi tabella 1
Tipo
P5200
Fabbricante
Tectronix
Banda passante
25 MHz
Scope
V/div
1
0,5
0,2
0,1
50 m
20 m
10 m
5m
2m
Tabella 1
V/div
effettivi
50
25
10
5
2,5
1
0,5
0,25
0,1
I segnali di tensione relativi alla corrente di armatura (fase S) sono prelevati mediante la sonda ai capi di
una resistenza campione da 1 in manganina cortocircuitabile mediante un sezionatore a coltello posto
in parallelo.
In tal modo i valori effettivi delle correnti coincidono numericamente con i valori di tensione rilevati
(dopo riporto da effettuare secondo la tab. 1).
I segnali di tensione relativi alla tensione concatenata sono prelevati mediante la sonda direttamente dai
morsetti voltmetrici dell’analizzatore Norma.
Misure sulla macchina a corrente continua
Per il rilievo della corrente assorbita dal motore primo a corrente continua M1, si è sfruttato lo shunt
interno al quadro di alimentazione adoperato per la connessione dell’amperometro da quadro (fig. 2.14).
fig. 2.14 – Shunt interno adoperato per il rilievo della corrente assorbita da M1
Tale shunt ha portata In =250 A, con una caduta di tensione ai suoi capi V = 292 mV.
14
Poiché le correnti sono rilevate mediante uno shunt, la grandezza realmente sentita dal multimetro
preposto a ciò è una tensione (misurata in mV).
Il valore di corrente corrispondente è pertanto:
I
I
Portata shunt
250
* Tensione misurata n * Vmis K AM1 * Vmis
* Vmis
c.d.t. shunt
V
292
0,856 * Vmis A
Il rilievo della tensione VM ai morsetti del motore M 1 è diretto.
Le misure di tensione VM e corrente IM assorbita dalla macchina a corrente continua M1 che funge da
motore primo sono effettuate da due multimetri digitali con le seguenti caratteristiche, vedi fig. 2.15:
n°2 Multimetri monofase (VM e IM)
Tipo
Modello
Ditta costruttrice
Portate tensione
Portate corrente
Precisione a 1 anno
True RMS
34401A
Helwett Packard
100 mV, 1 – 10 – 100 - 1000 V in c.c
10 - 100 mA, 1 – 3 A in c.c
(0,0045 %di lettura + 0,001% della portata) [tensione DC 100
1000 V]
(0,1 %di lettura + 0,02% della portata) [corrente DC 1 3 A]
fig. 2.15 – Multimetri HP
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
fig. 2.16 – Termometro
15
16
RILIEVO DELLA CARATTERISTICA DI SATURAZIONE A VUOTO ED IN CORTO
CIRCUITO TRIFASE PERMANENTE, MISURA DELLE PERDITE MECCANICHE, NEL
FERRO E ADDIZIONALI, DETERMINAZIONE DEL RENDIMENTO DI UN
ALTERNATORE TRIFASE
SCOPO DELLE PROVE
Rilevare la caratteristica a vuoto della macchina che rappresenta il legame tra la forza
elettromotrice a vuoto E0 e la corrente di eccitazione Iecc a velocità costante e pari alla nominale nn.
Determinare la caratteristica di cortocircuito Icc=f(Iecc), ovvero corrente erogata dalla macchina in
condizioni di corto circuito ai morsetti in funzione della corrente d’eccitazione .
Determinare le perdite nel ferro, meccaniche, addizionali e nel rame per il calcolo del rendimento
convenzionale dell’alternatore.
RISULTATI DI MISURA
A. Caratteristica a vuoto
17
Velocità della macchina: n= 1500 giri/min
Col giunto a frizione A inserito e T1 e Tcc aperti, si regola l’eccitazione di M 1 in modo da portare il
blocco M1– GS3 alla velocità di sincronismo (1500 giri/min).
Durante la prova si deve agire continuamente sull’eccitazione di M 1 per mantenere costante la velocità
dell’alternatore.
Si eccita l’alternatore e quindi, al variare della corrente di eccitazione Iecc , si rilevano i corrispondenti
valori della forza elettromotrice a vuoto E0, della corrente assorbita dal motore primo M1 IM1 e della sua
tensione di alimentazione VM1. Questi ultimi due valori saranno utilizzati nella valutazione del
rendimento (vedere sezione C).
I dati rilevati sono riportati nella tab. A.1.
Ksh
Kstr
N°
[A/mA] [mA/div] [div]
Tabella A.1. Prova a vuoto
Iecc (Ksh*Kstr*N°)
E0
Vmis
KV
IM1=KV*Vmis
VM1
[A]
[V]
[mV]
[A/mV]
[A]
[V]
0,2
0,5
5
0,5
66
6,98
0,856
5,97
331
0,2
0,5
15
1,5
186,6
7,65
0,856
6,55
331
0,2
0,5
21
2,1
256,7
8,4
0,856
7,19
330,5
0,2
0,5
32
3,2
322,4
9,4
0,856
8,05
330
0,2
0,5
40
4,0
346,9
10,2
0,856
8,73
329
0,2
0,5
52
5,2
370,2
11,1
0,856
9,5
329
0,2
0,5
61
5,8
390,6
12,2
0,856
10,44
329
0,2
0,5
71
7,1
406,0
12,8
0,856
11,0
329
0,2
0,5
80
8,0
413,7
13,7
0,856
11,73
328
Determinazione della caratteristica a vuoto
Quando, a causa dell’elevata tensione residua, la
caratteristica a vuoto interseca l’asse delle ordinate sopra
l’origine, è necessario introdurre una correzione. Per
determinare, la parte rettilinea della caratteristica a vuoto
(chiamata comunemente caratteristica di traferro) viene
prolungata fino a d un punto di intersezione con l’asse
delle ascisse. Il tratto sull’asse delle ascisse, determinato
dall’intersezione di questa caratteristica fino all’origine,
rappresenta il valore di correzione che si deve
raggiungere a tutti i valori misurati della corrente di
eccitazione, vedi figura accanto.
18
B. Caratteristica di corto circuito trifase permanente
In questa prova la macchina funziona da generatore in corto circuito.
Col giunto a frizione A inserito e T1 e Tcc aperti, si regola l’eccitazione di M 1 in modo da portare il
blocco M1– GS3 alla velocità di sincronismo (1500 giri/min).
Prima di chiudere Tcc si controlla che l’alternatore sia non eccitato (teleruttore CM22 in posizione 0).
Si chiude Tcc e si inizia ad eccitare l’alternatore con correnti via via crescenti. Durante la prova si deve
agire continuamente sull’eccitazione di M 1 per mantenere costante la velocità dell’alternatore.
Al variare della corrente di eccitazione Iecc , si rilevano i corrispondenti valori della corrente di corto
circuito. In corrispondenza di corrente di corto circuito prossima al valore nominale si rilevano i valori
della corrente assorbita dal motore primo M1 IM1 e della sua tensione di alimentazione VM1. Questi
ultimi due valori saranno utilizzati nella valutazione del rendimento (vedere sezione C).
I dati rilevati sono riportati nella tab. A.2.
Lo schema del circuito di alimentazione per l’esecuzione della prova in corto circuito trifase permanente
è rappresentato in figura b.1.
fig.B.1. Schema del circuito di alimentazione
In rosso sono evidenziate le parti di circuito in tensione. Lo schema relativo alla strumentazione di
misura adoperata (evidenziata), è raffigurato in figura B.2.
fig. B.2 Schema del circuito di misura
19
Velocità della macchina: n= 1500 giri/n
I valori di Iecc sono rilevati a mezzo della corrente derivata dallo shunt.
La corrente derivata dallo shunt in corrispondenza della portata In = 15 A, è:
Ish = 75 mA
La corrente misurata vale dunque:
I mis
I
Portata shunt
15
* Ks * N div n * Ks * N div
* 0,0005 * N div
correntede rivata
I sh
0,075
0,1* Ndiv[ A]
La corrente d’indotto è misurata attraverso i TA con rapporto di trasformazione 150/5 A/A.
La corrente circolante in ogni fase statorica è dunque pari a:
I K A * I mis
150
* I mis 30 * I mis
5
A
I dati rilevati sono raccolti nella tabella seguente.
Tabella B.1. Prova in corto circuito
Iecc =0,1*div
Imis
I=(30*Imis)
Iecc
[div]
[A]
[A]
[A]
5
0,5
0,32
9,6
15
1,5
1
30
20
2
1,22
36,6
25
2,5
1,62
48,6
29
2,9
1,87
56,1
33
3,3
2,18
65,4
34
3,4
2,26
67,8
37
3,7
2,42
72,6
76
41
4,1
2,69
80,7
46
4,6
3,03
90,9
In corrispondenza alla corrente di corto circuito prossima al valore nominale IN = 76 A, si sono rilevate
le misure dei multimetri HP di seguito riportate:
IM1cc = 0,856 A/mV * =
VM1cc =
A
V
20
Determinazione della caratteristica in corto circuito e dell’impedenza sincrona
Con i valori misurati si traccia la caratteristica di corto circuito. Estrapolando la curva si ricava il
valore della Icc che corrisponde al valore di corrente d’eccitazione nominale (Ieccn =1,5A).
La caratteristica dell’impedenza sincrona in funzione della corrente di eccitazione Zs=f(Iecc), si calcola
come rapporto tra i valori della forza elettromotrice a vuoto E0 , dedotti dalla caratteristica di
magnetizzazione, ed i valori della corrente di cortocircuito Icc a parità di corrente d’eccitazione Iecc.
Essendo l’avvolgimento di armatura a triangolo la Icc misurata va divisa per 3 per avere la corrente di
fase. L’impedenza sincrona è quindi espressa dalla seguente formula:
Zs
E0 E0
3
E
I cc I cc 0
I ccf
3
dove Iccf rappresenta la corrente di fase.
21
C. Misura della potenza assorbita dal motore primo per la determinazione delle perdite nel
ferro, meccaniche, addizionali e nel rame
Per valutare il rendimento della macchina sincrona è necessario separare le perdite nel ferro,
meccaniche, addizionali e nel rame. Per fare ciò si eseguono tre diverse prove:
1. misura della potenza assorbita dal motore primo nella condizione di funzionamento a vuoto
2. misura della potenza assorbita dal motore primo quando è connesso meccanicamente alla
macchina sincrona (A chiuso) che risulta essere eccitata ma funzionante a vuoto (T1 e Tcc aperti):
prova a vuoto.
3. misura della potenza assorbita dal motore primo quando è connesso meccanicamente alla
macchina sincrona (A chiuso) che risulta essere eccitata e chiusa in corto circuito (T1 aperto e Tcc
chiuso): prova in corto circuito.
Per ognuna delle tre prove va rilevata la potenza assorbita dal motore in corrente continua. I dati
corrispondenti alle prove 2 e 3 sono stati rilevati nella sezione B.
Le misure su M1 a vuoto, su M1 e GS3 a vuoto sono effettuate con la macchina GS3 non collegata al
banco di alimentazione realizzato. In fig. C.1 è raffigurato lo schema elettrico di misura relativo alle
misure sul motore M1 a vuoto.
fig. C.1 – Schema per le misure su M1 a vuoto
22
misura della potenza assorbita dal motore primo nella condizione di funzionamento a vuoto
Velocità della macchina: n= 1500 giri/n
VM0 =
V
IM0 = 0,856A/mV *
=
A
Temperatura ambiente a=
misura della potenza assorbita dal motore primo quando è connesso meccanicamente alla
macchina sincrona (A chiuso) che risulta essere eccitata ma funzionante a vuoto (T1 e Tcc aperti)
Dati rilevati nella prova a vuoto vedere tabella A.1.
misura della potenza assorbita dal motore primo quando è connesso meccanicamente alla
macchina sincrona (A chiuso) che risulta essere eccitata e chiusa in corto circuito (T1 aperto e Tcc
chiuso)
Dati rilevati nella prova in corto circuito vedere sezione B.
D. Determinazione del rendimento
1) Le perdite nel ferro e meccaniche del motore primo si calcolano come :
Pfe(M=) + Pmecc(M=) = Pass(M=),0 PCU(M=),0 Padd(M=),0 Pspaz(M=),0
dove
le Pass(M=),0 si ricavano dalla misura della potenza assorbita dal motore primo nella condizione di
funzionamento a vuoto come:
Pass,(M),o VM0 IM0
le PCU(M=),0 riferite alla temperatura di prova θ a sono:
'
2
PCU(M),0 R arm KT I M0 R acpa KT I M0
2
dove:
I valori delle resistenze sono stati rilevati prima dell’esecuzione della prova, fornendo i seguenti risultati:
Macchina sincrona GS 3:
Rstat GS 3 = 34,270 m resistenza dell’avvolgimento di armatura
Recc GS 3 = 6,100 resistenza dell’avvolgimento di eccitazione
Motore primo M 1:
Ravv comp = 2,800 m resistenza complessiva degli avvolgimenti di indotto e compensazione
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Rrot M1 = 1,340 resistenza dell’avvolgimento di rotore
La prova è stata effettuata ad una temperatura diversa, pari a a’ = 19,5 C.
coefficiente di riporto : KT=
235 θ'a
235 θa
le perdite addizionali add,0 sono:
add,0 =0,5% Pass(M=),0 =
le perdite nelle due spazzole di metal-grafite valgono:
Pspaz = 2 ΔV I M0 =
dove ΔV = 0,3 V
2) Le perdite nel ferro e le perdite meccaniche nell’alternatore risultano:
Pfe,GS + Pmecc GS = Pass(M=) – [ Pfe(M=) + Pmecc(M=) ] PCU(M=) Padd(M=) -Pspaz(M=)
dove:
le Pass(M=), si ricavano dalla misura della potenza assorbita dal motore primo quando è connesso
meccanicamente alla macchina sincrona (A chiuso) che risulta essere eccitata ma funzionante a
vuoto (T1 e Tcc aperti) come:
Pass,(M), VM1 I M1
le PCU(M=), riferite alla temperatura di prova θ a sono:
'
2
2
PCU(M), R arm KT I M1 R acpa KT I M1
le perdite addizionali add, sono:
add, =0,5% Pass(M=), =
le perdite nelle due spazzole di metal-grafite valgono:
Pspaz = 2 ΔV I M1 =
dove ΔV = 0,3 V
le perdite [ Pfe(M=) + Pmecc(M=) ] sono quelle nel ferro e meccaniche del motore primo determinate
al primo punto
Si costruisce un grafico che esprime l’andamento della somma delle perdite nel ferro e delle perdite
meccaniche (Pfe,GS +PmeccGS ) dell’alternatore in funzione della corrente di eccitazione per velocità
pari a 1500 giri/min.
Dal grafico in corrispondenza della corrente della corrente di eccitazione nominale (IeccN=1.5 A), si
ricava il valore delle perdite nel ferro ed estrapolando per Iecc nulla le perdite meccaniche.
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3)Le perdite nel rame e quelle addizionali nell’alternatore risultano:
Padd(GS) + PCU(GS) = Pass(M=),cc – [ Pfe(M=) + Pmecc(M=) ] PCU(M=),cc Padd(M=),cc Pspaz(M=) ,cc
Pmecc(GS)
dove:
le Pass(M=),cc si ricavano dalla misura della potenza assorbita dal motore primo quando è connesso
meccanicamente alla macchina sincrona (A chiuso) che risulta essere eccitata e chiusa in corto
circuito (T1 aperto e Tcc chiuso) come:
Pass,(M),cc VM1cc IM1cc
le PCU(M=),cc riferite alla temperatura di prova θ a sono:
'
2
PCU(M),cc R arm KT I M1cc R acpa KT I M1cc
2
le perdite addizionali add,cc sono:
add, cc=0,5% Pass(M=),cc =
le perdite nelle due spazzole di metal-grafite valgono:
Pspaz = 2 ΔV I M1cc =
dove ΔV = 0,3 V
le perdite [ Pfe(M=) + Pmecc(M=) ] sono quelle nel ferro e meccaniche del motore primo determinate
al primo punto
le perdite Pmecc(GS) sono quelle meccaniche dell’alternatore determinate al secondo punto
Le Pfe(GS) si trascurano e la somma Padd(GS) + PCU(GS) si considera indipendente dalla temperatura
pertanto per la determinazione del rendimento non occorre effettuare il riporto delle stesse alla
temperatura di riferimento.
4) Le perdite nel circuito di eccitazione sono:
ecc75°C = Recc75°C Ieccn =
2
W
dove
Recc75°C =
5) Le perdite nei contatti striscianti, assumendo una caduta di tensione su ciascuna spazzola pari a
V=1V sono:
Pspazzole = 2 ΔV I eccn =
La somma delle perdite dell’alternatore vale:
= CU(GS) + ecc.75°C + spazzole + add(GS) + Fe(GS). + m(GS) =
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La potenza erogata dall’alternatore in condizioni di tensione nominale e correnti nominali con fattore
di potenza cos =0,8 vale:
Pu= 3 Vn I n cos =
Il rendimento convenzionale dell’alternatore vale:
Pu
u
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