Motore asincrono trifase

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Testo

I.T.I.S.
“ Istituto Tecnico Industriale - E. Fermi”
LECCE
LABORATORIO DI ELETTROTECNICA
ESERCITAZIONE N° 2
“Prova a vuoto di un motore asincrono trifase”
OGGETTO DELLA PROVA: Motore asincrono trifase
ALUNNO: Cagnazzo Ilario
CLASSE: 5°
SEZIONE: C
SPECIALIZZAZIONE: Elettrotecnica
Lecce, lì 22 gennaio ’01
SCHEMA ELETTRICO
FORMULE ADOPERATE
RILIEVO DATI
AMPERMETRO
WATTMETRO 1
WATTMETRO 2
VOLTMETRO
K
A
K
W
K
W
K
V
100
0.05
5
65
10
650
-43
10
-430
114
2
228
75
0.05
3.75
44
10
440
-28
10
-280
103
2
206
62
0.05
3.1
32
10
320
-19
10
-190
93
2
186
54
0.05
2.7
25
10
250
-15
10
-150
85
2
170
45
0.05
2.25
21
10
210
-12
10
-120
76
2
152
40
0.05
2
15
10
15
-7
10
-70
67
2
134
32
0.05
1.6
12
10
120
-5
10
-50
58
2
116
25
0.05
1.25
8
10
80
-3
10
-30
47
2
94
ELABORAZIONE DATI
AUTOCONSUMO
POTENZA Po
PERDITA Pjo
Pm + Pf
fdp
W
W
W
W
-
21.51
198.49
112.45
86.04
0.174
17.56
142.44
63.25
79.19
0.184
14.31
115.69
43.23
72.46
0.201
11.96
88.04
32.79
55.25
0.192
9.56
80.44
22.77
57.67
0.235
7.43
72.57
17.99
54.58
0.271
5.57
64.43
11.51
52.92
0.347
3.66
56.34
7.03
49.32
0.480
GRAFICI
RELAZIONE
La prova a vuoto di un motore asincronio trifase si esegue alimentando il motore e lasciandolo ruotare liberamente senza applicargli nessun carico meccanico. Tenuto conto dell’analogia esistente con il trasformatore, si potranno fare spesso riferimenti a questa macchina, anche per delinearne le differenze.
Ruotando a vuoto , con tensione nominale, il motore richiederà dalla rete la potenza necessaria alle perdite nel ferro per isteresi e correnti parassite.
Rileviamo, però, che tali perdite, dipendenti dalla frequenza, sono localizzate nello statore in quanto nel rotore esistono frequenze molto molto basse.
Un motore asincrono in rotazione libera però, contrariamente per quanto riguarda il trasformatore, non può essere considerato rigorosamente a vuoto. Infatti, mentre per il trasformatore la potenza trasferita al secondario è perfettamente nulla, il motore è chiamato a sviluppare una potenza tale da soddisfare le perdite meccaniche per attrito e ventilazione. Tali perdite in realtà costituiscono un carico, che non permette al motore di girare in sinscronismo. E’ noto infatti che il motore asincrono a vuoto ideale dovrebbe funzionare in perfetto sincronismo, condizione che non può raggiungere spontaneamente perché si estinguerebbe la corona polare rotorica e con essa ogni azione di trascinamento.
Dall’esame del funzionamento a vuoto appare ancora che il motore presenta una corrente di spunto che raggiunge il 25DDD% della corrente nominale. Questo significa che la potenza dissipata nel rame di statore non può essere trascurata e va computata nella potenza assorbita.
Le perdite nel rame di rotore invece sono trascurabili, data l’esiguità della corrente di rotore.
In conclusione, un motore a vuoto assorbe una potenza corrispondente alla somma delle perdite nel ferro e delle perdite nel rame a vuoto di statore:
La prova a vuoto completa deve essere condotta fino ad una tensione superiore del 10L20% del valore nominale. Occorre quindi una sorgente di alimentazione di potenza adatta, nel nostro caso un variac, in grado di permettere la variazione della tensione impressa.
Il circuito di misura comprenderà (schema allegato):
» un voltmetro di portata adatta, convenientemente superiore alla tensionenominale,
» un ampermetro, di portata commisurata alla corrente a vuoto prevista, che potrà essere preventivata nel 25-40% della corrente nominale,
» due wattmetri inseriti in Aron aventi portate ampermetriche e voltmetriche in relazione alle portate degli strumenti precedenti.
L’inserzione degli strumenti dovrà essere eseguita con le voltmetriche a monte delle ampermetriche, per ridurre gli errori di inserzione.
La prova deve essere eseguita avviando il motore e variando la tensione procedendo dai valori alti. Si deve prestare molta attenzione all’atto dell’avviamento del motore in quanto come è noto esso assorbe una corrente di spunto circa 8-10 volte la corrente nominale.
Per evitare di danneggiare irrimediabilmente gli strumenti inseriti, si può avviare a tensione ridotta e aumentarla via via fino al valore nominale, sorvegliando che l’ampermetro non vada fuori scala. Punto per punto, per valori decrescenti, si rilevano le indicazioni degli strumenti.
Si effettua la prova fino ad un valore minimo di tensione giudicato ancora soddisfacente e poi interrotta. Infatti, la diminuzione della tensione oltre certi limiti provoca il rallentamento della macchina, per cui essa non può più considerarsi funzionante a vuoto e a scorrimento trascurabile. Questo è messo in rilievo dal comportamento della corrente assorbita che tende a crescere anziché diminuire per il sopravveniente rallentamento del motore.
Per tensione ancora minore il motore si arresta e la corrente assorbita tende al valore di corto.
Il valore di tensione per la quale la corrente inizia a crescere, può essere considerato il limite inferiore della prova, oltre il quale i risultati non sono attendibili.
Dalle letture dei wattmetri si ricavano la potenza assorbita a vuoto e il fattore di potenza a vuoto. Come si è gia detto la potenza assorbita a vuoto comprende le perdite meccaniche , le perdite nel ferro e le perdite nel rame di statore; quest’ultime rappresentano un apporto indesiderabile ai fini dell’indagine della prova per cui vanno calcolate e detratte con la relazione:

Detratta tale perdita dalla potenza assorbita, si ottiene un valore comprensivo delle perdite nel ferro e meccaniche:
Le grandezze lette e calcolate permettono di tracciare delle caratteristiche a vuoto del motore, tutte in funzione della tensione che agisce da parametro indipendente.
Corrente I0 = f(V)
La corrente a vuoto ha andamento crescente con la tensione, dapprima debolmente e poi sempre più rapidamente ( come in figura ). In perfetta analogia al caso del trasformatore, si tratta di un andamento dovuto alla componente magnetizzante che per valori elevati di tensione tende a crescere a dismisura per l’imminente saturazione del ferro. Comunque, il fenomeno è meno brusco che nel caso del trasformatore, per la presenza del traferro.
Potenza Pm+Pf = f(V)
La potenza ha andamento crescente con la tensione (come in figura). Essa è la somma di una parte costante, le perdite meccaniche, e di una parte variabile con il quadrato della tensione con andamento quindi parabolico, le perdite nel ferro.
Fattore di potenza cosF0 = f(V)
Il fattore di potenza decresce con l’aumentare della tensione in quanto la componente magnetizzante della corrente cresce più rapidamente della componente attiva dovuta alle perdite (come in figura).
Come già detto, il diagramma della potenza in funzione della tensione è praticamente una parabola per effetto delle perdite nel ferro.
Ponendo queste perdite proporzionali al quadrato della tensione:
la funzione può essere scritta come:
che per V=0 fornisce soltanto le perdite meccaniche.
In pratica non è possibile raggiungere la condizione di tensione nulla per quanto già detto, quindi, il punto V=0 si potrà ottenere per estrapolazione della caratteristica.
L’estrapolazione della parabola può creare, però, delle perplessità per la scarsa precisione con la quale può essere condotta.
Un miglior risultato può essere ottenuto riferendo la funzione ad una scala quadratica della tensione, in modo che la caratteristica si approssimi ad un andamento rettilineo che si può estrapolare con sicurezza. Il punto che intercetta sull’asse delle ordinate rappresenta le perdite meccaniche. Se si traccia una orizzontale il grafico sarà ripartito in due aree ben distinte: la parte inferiore rappresenta le perdite meccaniche, la superiore le perdite nel ferro.
Le ordinate lette in corrispondenza del valore nominale della tensione danno singolarmente i valori desiderati delle perdite del ferro e meccaniche.
Naturalmente ai fini della precisione e attendibilità della prova è bene considerare gli errori di autoconsumo degli equipaggi voltmetrici e detrarlo dalla potenza totale, quindi in base al valore di quest’ultima variare tutti i risultati ottenuti.
Lecce, lì 22 gennaio ’01
Cagnazzo Ilario

Esempio



  



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