Dati di targa della macchina sincrona a poli salienti in prova

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.

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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

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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

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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.

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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, In = 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

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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.

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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

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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:

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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

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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:

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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

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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

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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.

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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* Ndiv[ 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

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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.

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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 acpa  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 23

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 acpa  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. 24

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 acpa  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) = 25

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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