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Esame di Sistemi Elettrici di Bordo 12 gennaio 2010 ESERCITAZIONE 2
Durata della prova: 3,5h
Questa esercitazione è per gli allievi che hanno seguito nell’a.a. 2011-2012. Per essi la valutazione del suo
esito concorrerà alla formazione del voto finale per 1/2.
E’ data facoltà agli allievi dell’a.a. 1010-1011 di scegliere questa esercitazione, che concorrerà alla
formazione del loro voto finale per 1/3.
Un frazionatore abbassatore operante alla frequenza di commutazione di 1200 Hz, prelevando tensione
da un sistema a tensione costante da 400 V, alimenta un carico resistivo di 5 kW nominali alla tensione
nominale di 220 V (valor medio), da alimentarsi con tensione che differisce dal valore nominale di non più
del 5%.
Simulazione N. 1.
Costruire, in ambiente Dymola, un semplice circuito in grado di simulare il comportamento del
frazionatore alimentante il carico, con particolare riferimento al comportamento a regime.
Fra l’uscita del frazionatore e il resistore di carico andrà interposto un filtro R-L-C con le seguenti
caratteristiche:
 resistenza: pari al 5% di quella di carico
 induttanza: pari a 10 mH
 capacità: un valore tale da avere una distorsione sulla tensione del carico, calcolata sulle prime 5
armoniche, fra il 5% e il 6%.1
Riportare su grafico:
- tensione sul carico (istantanea e media mobile)
- corrente in uscita dal frazionatore
- media mobile della potenza assorbita
- spettro di ampiezza della tensione a monte e a valle del filtro
Simulazione N. 2.
Costruire, in ambiente Dymola, un semplice circuito in grado di simulare il comportamento di un
azionamento basato su macchina a corrente continua a magneti permanenti.
L’azionamento dovrà simulare l’avviamento di un carico da effettuarsi nella maniera più rapida possibile,
ma evitando che la corrente di macchina superi di oltre il 50% il valore nominale e che la tensione di
alimentazione in modulo non superi i 500 V.
L’azionamento potrà essere realizzato con un controllore che insegua una velocità di riferimento che ha
una rampa lineare fino al raggiungimento valore desiderato. Il controllore piloterà il generatore
controllato che costituisce l’alimentazione della macchina elettrica.
Caratteristiche della macchina elettrica:
 Potenza nominale 10 kW
 Velocità nominale 2000 rpm
 Tensione nominale 200 V
 Perdite in condizioni nominali: 500 W
 Costante di tempo del circuito di armatura: 300 ms
 Momento d’inerzia: 0.1 kg.m2
Caratteristiche del carico:
1
La distorsione percentuale si calcola come segue:: D  100
5
I
i 1
2
k
/ I0 .


Coppia resistente a velocità costante: 𝑇 = 10 + 𝐾𝜔2 (coppia e velocità angolare in unità S.I., K
determinato in maniera da richiedere alla velocità nominale una potenza meccanica pari a metà
di quella nominale della macchina)2
Momento d’inerzia: 0.5 kg.m2
Alimentazione della macchina elettrica:
Si realizzerà tramite generatore (di tensione o di corrente) controllato da opportuna legge di regolazione.
Esso simulerà il comportamento di un frazionatore, di cui si trascurano il ripple di tensione e di corrente.
Riportare su grafico:
- Andamento della tensione di alimentazione
- Andamento della corrente di alimentazione
- Andamento di coppia assorbita dal carico e coppia d’inerzia
- Andamento della potenza elettrica assorbita dalla macchina
Documentazione da fornire:
1. versione informatica dei due circuiti ottenuti (set di files di estensione mo in grado di descriverli
completamente, con l’ovvio utilizzo di oggetti della Modelica Standard Library)
2. un documento di testo in formato elettronico (documento Microsoft Word o OpenOffice Writer) in cui
siano presenti l’immagine dei circuiti realizzati e i grafici delle grandezze sopra specificate. Nel
documento di testo occorrerà spiegare come si è proceduto nella determinazione dei parametri dei
circuito e commentare i risultati ottenuti. Lo studente ha facoltà di riportare parte delle informazioni
richieste per il documento in formato elettronico in una relazione cartacea.
I files andranno posti in cartella denominata esclusivamente con il proprio cognome.
SUGGERIMENTI:
1. Per effettuare un’analisi di fourier sufficientemente accurata, si ricordi che il numero di campioni deve essere
sufficiente coprire la più alta armonica considerata con almeno 8-10 punti. Si ricorda per contro che un numero
esageratamente alto di campioni rallenta la simulazione inutilmente
2
Si suggerisce di realizzare la coppia resistente richiesta sommando una coppia costante ad una dipendente dal
quadrato della velocità, semplicemente connettendo fra di loro i relativi connettori meccanici.
Calcoli
Esito
Note generali
1) PRIMI: DIFFICOLTà MA UTILISSIMO ADDESTRAMENTO
2) Esportare le finestre già ridimensionate
3) Scegliere la migliore modalità di visualizzazione: è molto scomodo far vedere 0,5s o 1 s di un
chopper che va a 1200 Hz; è inutile far vedere la componente continua quando si vogliono
apprezzare piccole armoniche (almeno fare anche una zoomata)
Leggenda DELLE PENALITA’:
Esercizio 1:
1. AVG errata o mancante 1 punto
2. Fourier errato o mancante 1-4 (4 mancato THD)
3. Errato periodo frazionatore 2
4. Non inclusione componenti usati 1
5. 1 schema errato 1-10
Esercizio 2:
1. Manca inerzia: -3
2. Errata coppia .2
3. Totalmente manca te -10