seconda prova scritta dell`esame di stato del 2014

SOLUZIONE SECONDA PROVA SCRITTA - indirizzo TIEL - Esami di stato 2014
IPSIA “G. FERRARIS” - Fasano
QUESITO N. 1
COMPRESS.
MT1
QUADRO
UTENZE
L = 80 m
POMPE
1,5 KW
TRIFASI
POMPE
3,6 KW
REGOLATORE
VELOCITA’
SOLLEV.
RIFASATORE
MT2
ILLUMIN.
DEVIATORE
QUADRO
UTENZE
MONOFASI
2,5 KW
CARICHI
4 KW
~
INVERTER TRIF.
INVERTER
MONOFASE
=
~
IMPIANTO
FOTOVOLTAICO
=
ACCUMULATORI
DESCRIZIONE
I carichi sono divisi in due gruppi (utenze trifasi ed utenze monofasi) facenti capo rispettivamente a due quadri elettrici contenenti gli organi di comando e di protezione.
Tutto il sistema è alimentato da rete trifase a 400/230V (ipotesi aggiuntiva n.1).
Al quadro delle utenze trifase, oltre ai motori, è collegato anche un rifasatore automatico, che
interviene in modo che a monte del quadro risulti sempre un cosφ=1 (ipotesi aggiuntiva n. 2).
Le utenze monofase in emergenza possono essere alimentate da un impianto fotovoltaico dotato di un gruppo di accumulatori. Il passaggio può avvenire tramite un deviatore ad intervento
manuale o automatico. Per ottenere una tensione alternata monofase dagli accumulatori è necessario interporre un inverter monofase (= convertitore cc → ca).
L’impianto fotovoltaico, composto da pannelli da 40 Volt ciascuno, deve presentare in uscita
una tensione adatta per alimentare due inverter, uno monofase ed uno trifase specifico per il riversamento dell’energia in rete. Ipotizzando per i due inverter una tensione di entrata di 360 Volt
c.c., il sistema fotovoltaico deve essere costituito da 9 pannelli da 40 Volt collegati in serie
(ipotesi aggiuntiva n. 3).
QUESITO N. 2
Per dimensionare la linea di alimentazione a monte del quadro delle utenze trifasie occorre calcolare la corrente che la attraversa.
Osserviamo che a monte del suddetto quadro elettrico si ipotizza un cosφ = 1, e quindi per il calcolo della corrente occorre considerare solo la somma delle potenze attive.
Ognuno dei carichi trifasi ha una potenza attiva effettiva diversa da quella nominale data della
traccia, perché occorre considerare il fattore di utilizzazione ed il fattore di contemporaneità.
Risulta
Peff = Pn x Ku x Kc
La potenza attiva totale si ottiene sommando le singole potenze:
Ptot = Σ Peff
I calcoli per ottenere la potenza totale sono inseriti nella seguente tabella:
Potenza
Ku
nominale [W]
N.
Potenza
Effettiva [W]
Kc
Compressore
1
100000
0,8
1
80000
Pompe
8
1500
0,7
0,7
5880
Pompe
Imp. di sollevamento
8
1
3600
5500
0,7
0,8
0,7
1
14112
4400
Potenza attiva totale [W]
104392
La corrente in linea sarà
Ib = Ptot/(1,73* U) = 104392/ (1,73 x 400) = 150,8 A
L’interruttore di protezione (MT1) a monte della linea deve avere una corrente nominale più grande di Ib, e tra gli interruttori disponibili scegliamo un interruttore con:
In = 160 A
Consultando i manuali tecnici, la linea di alimentazione deve avere una sezione di 70 mm2, perché
la sua portata è Iz = 171 A e quindi risulta verificata la relazione Ib ≤ In ≤ Iz
Verifichiamo la caduta di tensione per una linea trifase lunga 80 metri:
∆U = (u x L x Ib) / 1000
dove u rappresenta la caduta di tensione unitaria della linea desumibile da una tabella presente sui
manuali tecnici, L è la lunghezza della linea in metri, Ib la corrente che attraversa la linea. Quindi:
∆U = (0,568 x 80 x 150,8) / 1000 = 6,85 Volt
In termini percentuali
∆U% = (6,85/400 ) x 100 = 1,71 %
La caduta di tensione in linea è accettabile, essendo minore del 4%.
QUESITO N. 3
La corrente assorbita dal motore dell’impianto di sollevamento è data dalla formula:
I = Peff / (1,73 x V x cosφ) = 4400 / (1,73 x 400 x 0,9) = 7 A
La velocità di rotazione è:
n = no - s = 1500 - ( 0,025 x 1500) = 1500 – 37,5 = 1462,5 giri/minuto
La potenza meccanica è:
Pm = Peff x η = Peff x 0,84 = 4400 x 0,84 = 3696 W
La coppia sviluppata sarà:
C = Pm/ω = 3696 / (2 π n/60) = 24,1 Nm
QUESITO N. 4
L’impianto di sollevamento è dotato di motore asincrono trifase e per poterne variare la velocità
occorre variare la frequenza della tensione di alimentazione tramite un convertitore di frequenza.
In pratica un convertitore di frequenza è costituito da un raddrizzatore (ca → cc) seguito da un
inverter a frequenza variabile (cc → ca).
=
~
c.a.
rete
=
raddrizzatore
c.c.
M
~
c.a.
inverter
motore
Si possono scambiare pareri in merito alla soluzione di questa prova,
comunicandoli attraverso email al seguente indirizzo:
awttce chiocciola tin punto it
PROBLEMA DI AUTOMAZIONE
Questo è lo schema funzionale dell’automazione dell’impianto di sollevamento.
LEGENDA
KA
S1
FCS
KI
T0
S1 = Pulsante di avvio
S0 = Pulsante di arresto in emergenza
C
C = Sensore di carico
S0
S0
FCS = Fine corsa superiore
FCI = Fine corsa inferiore
FCS
FCI
KI
KA
KA
T0
T0 = Temporizzatore
KA = Contattore marcia avanti
KI = Contattore marcia indietro
KI
FUNZIONAMENTO
L’impianto di sollevamento è azionato da un motore asincrono con inversione di marcia.
Premendo il pulsante di avvio S1, collegato in serie con il sensore di carico C, si eccita il contattore KA che avvia il motore nel senso della “marcia avanti”. Il motore si arresta quando il
montacarichi raggiunge il livello finale e commuta il finecorsa superiore FCS. Lo stesso finecorsa FCS alimenta il temporizzatore T0, che chiude il suo contatto di uscita dopo il tempo prestabilito.
Il contatto di T0 eccita il contattore KI che avvia il motore nel senso della “marcia indietro”. Il
motore si arresta quando il montacarichi raggiunge la posizione del finecorsa inferiore FCI.
Il motore può ripartire solo in “marcia avanti” tramite il comando manuale del pulsante S1.
In ogni istante il motore può essere arrestato premendo il pulsante S0.
I contatti KA e KI, inseriti in serie alle bobine dei contattori KI e KA, realizzano un
“interblocco” che impedisce la contemporanea eccitazione delle due bobine ed il conseguente
cortocircuito tra le fasi della linea di potenza che alimenta il motore.
Sulla base dello schema funzionale suesposto è semplice programmare un PLC.
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