EXPO - Viaggio attraverso la storia tesina

S

risultando direttamente proporzionale alla frequenza e inversamente proporzionale al

numero delle coppie polari.

Di conseguenza nelle fasi statoriche si sviluppano delle tensioni indotte che si

oppongono a quelle di alimentazione, e nelle fasi rotoriche si sviluppano delle tensioni

indotte che fanno circolare delle correnti rotoriche sinusoidali. Sui conduttori rotorici,

percorsi da corrente e posti in un campo magnetico, si sviluppano quindi delle forze

meccaniche con direzione tangenziale che costituiscono la coppia motrice del motore. Il

rotore si mette in rotazione nello stesso verso del campo rotante per ridurre la sua

velocità relativa, stabilizzandosi a una velocità n tale da sviluppare una forza motrice

r

che assicuri l’equilibrio. La velocità n non potrà mai essere uguale a quella di

r

sincronismo n , perché si annullerebbe la coppia motrice, e si definisce scorrimento il

s

rapporto: s (n - n ) / n

= s r s

4.2.4. Il circuito equivalente

Per studiare il motore asincrono trifase si può fare riferimento al seguente circuito

equivalente, simile a quello del trasformatore, tenendo tuttavia conto che:

1) la frequenza rotorica è diversa da quella statorica perché dipende dallo

scorrimento;

2) il motore non alimenta un carico elettrico quindi al secondario si indica una

resistenza che è uguale a R ∙(1-s)/s ed è la resistenza fittizia che rappresenta il

2

carico meccanico; 51

il motore viene alimentato da una terna simmetrica di tensioni ed esso si

3) comporta sempre come un carico equilibrato e perciò lo si potrà studiare

considerando una sola fase.

Figura 4.2.4.1: Il circuito equivalente del MAT.

La prima impedenza, formata da R e X , tiene conto della resistenza e della reattanza di

1 1d

dispersione di ogni fase statorica. L’ammettenza Y , formata dai parametri trasversali G

0 0

e B , tiene conto delle perdite nel ferro e della potenza reattiva magnetizzante statorica.

0

L’impedenza secondaria, formata da R e X , tiene conto della resistenza e della

2 2d

reattanza di dispersione di ogni fase rotorica.

52

4.2.5. Caratteristica meccanica

La caratteristica meccanica rappresenta l'andamento della coppia motrice C in funzione

della velocità di rotazione del rotore n .

r

Figura 4.2.5.1: caratteristica meccanica del motore asincrono.

La caratteristica nell’intervallo 0 ≤ n ≤ n si compone di due rami: il primo, quello

0

ascendente, cui corrisponde un funzionamento instabile, l’altro discendente, cui

corrisponde un funzionamento stabile. Il punto di C segna il valore critico di confine

MAX

tra queste due zone.

Il secondo tratto è stabile perché , ad ogni aumento della coppia resistente, il motore

rallenta e si porta a funzionare stabilmente ad un nuovo scorrimento cui corrisponde

una coppia motrice maggiore, di valore pari al nuovo valore della coppia resistente

richiesta. Questa nuova condizione di equilibrio sarà raggiunta dopo una serie di

oscillazioni intorno al punto di equilibrio, oscillazioni dipendenti dalla rapidità della

variazione del carico, dall’inerzia delle masse ruotanti ed alla presenza di attriti e

smorzamenti del moto. Nel primo tratto, invece, ad ogni aumento della coppia resistente

53

il motore rallenta, con conseguente diminuzione della coppia motrice ed ulteriore

rallentamento, sicché , dopo poco, smaltita l’energia cinetica delle masse rotanti, il

motore si ferma.

4.2.6. Le modalità di avviamento

L’avviamento di un motore asincrono trifase può essere realizzato con diverse soluzioni

impiantistiche che si differenziano per il modo in cui viene applicata la tensione agli

avvolgimenti di statore e per l’entità dei vari parametri elettrici e meccanici che ne

conseguono e che generano sollecitazioni più o meno violente sulla macchina elettrica. Il

sistema di avviamento diretto è il più tradizionale e consiste nel connettere il motore

direttamente alla rete elettrica di alimentazione eseguendo quindi un avviamento a

piena tensione. L’avviamento stella−triangolo consiste nell'alimentare il motore con i

suoi avvolgimenti inizialmente collegati a stella, per poi eseguire la commutazione a

triangolo quando la velocità dell'albero ha quasi raggiunto la velocità nominale.

Nell’avviamento con autotrasformatore, durante l’avvio il motore è connesso ad una

delle prese dell’autotrasformatore, che riduce la tensione di rete e che richiama nel

motore una corrente ridotta rispetto a quella che il motore assorbirebbe se fosse

alimentato direttamente alla piena tensione. L’avviamento con reattori o resistori

statorici è idoneo per rotori a gabbia, e la caduta di tensione viene prodotta da reattori o

da resistori posti in serie allo statore nella fase di avviamento. Un metodo moderno per

realizzare l’avviamento che richiede un iniziale investimento economico è quello di

utilizzare avviatori statici elettronici comunemente chiamati soft starters. L’utilizzo di

questi dispositivi, permette di ridurre la corrente di avviamento, determinare la coppia e

54

impostare il tempo di avviamento. Infine la soluzione migliore, sebbene sia anche la più

costosa, è quella di utilizzare un inverter.

Figura 4.2.6.1: confronto tra le correnti prodotte dalle diverse modalità di avviamento.

55

Bibliografia

1) G. Conte, M. Ceserani, E. Impallomeni, Corso di elettrotecnica ed elettronica. Hoepli,

2012

2) G. Ortolani, E. Venturi, Manuale di elettrotecnica e automazione. Hoepli, 2010

3) Il motore asincrono trifase. Quaderni di Applicazione Tecnica ABB, 2008

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Capitolo 5

A sustainable Expo thanks to renewable energy

resources

Materia: Inglese

5.1. Expo 2015

Figura 5.1.1: the core theme of Expo Milano 2015.

Expo 2015 is hosted in Milan from May to October 2015. It is the current Universal

Exposition and its main theme is food, as declared by the official motto "Feeding the

Planet, Energy for Life".

Several sub-themes related to the main macro-theme have been identified:

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• Science for Food Safety, Security and Quality

• Innovation in the Agro Food Supply Chain

• Technology for Agriculture and Biodiversity

• Dietary Education

• Solidarity and Cooperation on Food

• Food for Better Lifestyles

• Food in the World’s Cultures and Ethnic Groups

Even if not officially declared, one of the most discussed topics of Expo 2015 is

sustainability, declined in its multiple forms. Energetic sustainability, energy

consumption issues and renewable energy resources have been linked to food as single

elements essential to provide a better future and an overall positive evolution of the

world.

5.2 Energy consumption

Energy is needed by almost every human activity as its final goal is to meet the needs of

society. The demand for energy is constantly increasing year by year and is monitored

by the World energy consumption, a quantity that refers to the total amount of energy

used by all human civilization, being typically measured per year.

In order to keep track of the general situation of energy consumption,

dedicated Institutions such as the International Energy Agency (IEA), the U.S. Energy

Information Administration (EIA), and the European Environment Agency record and

publish energy data periodically. The ongoing growth of energy need represents a big

issue for the society in the whole world, as some of the most commonly used forms of

energy resources (oil, for instance) are going to finish at some point, without any chance

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to be reproduced. The problem is so relevant and thorny that even wars between

countries could be declared to gather as much energy resources as possible, if

desperately needed, and similar situations already produced international tensions in

the past.

Ideally, energy resources should be unlimited. One possible solution to overcome the

problem previously discussed could be provided by renewable energy resources, whose

trend in use is reported to be the highest in the latest times. This shows again how the

problem of energy resources research is considered among the main human priorities.

To better understand the topic being discussed, further information about non-

renewable and more in detail renewable energy resources will be provided in the next

sessions. Figure 5.2.1: the world's increasing demand for energy.

59

5.2.1 Renewable energy resources

A renewable resource is an energy resource which will never run out. It will always be

available when needed; for instance, energy coming from:

• hydroelectric power: it uses the kinetic energy to move water with a sufficient speed

to spin a turbine, which in turn rotates a generator to generate electricity;

• solar power: photovoltaic cells can convert light directly into electricity, with solar

water heating, in which the sun heats water pumped through pipes in glass panels

painted black, or with solar furnaces that use a huge array of mirrors to concentrate

the sun’s energy into a boiler;

• wind power: tall towers built with a large propeller on the top, which drives a

generator;

• biomass: rubbish burnt, as well as animal manure, seaweed, corn stalks and other

wastes to heat water driving it into the form of steam, just like in a fossil-fuel power

station;

• geothermal energy: energy that comes from the heat under the ground to boil water

and produce steam.

Figure 5.2.1.1: example of renewable energy resources.

60

5.2.2 Non-renewable energy resources

A non-renewable resources takes millions of years to form. If we keep using these

energy resources, we will not be able to replace them. Non-renewable energy resources

are for instance fossil fuels like coal, oil, and natural gas.

Figure 5.2.2.1: example of non-renewable energy resources.

61

5.3 The Italian pavilion

Among all the international pavilions present at Expo 2015, the topic of energy

sustainability has been faced by many different countries, often incorporating

renewable energy devices in the architecture of the pavilions themselves.

The Italian pavilion has been chosen as one of the most relevant examples, as its

architecture was designed with declared sustainability goals. The project for the

realization of the building, worth 40 million of euros, follows a clear integration between

architecture, structures and energy resources installations. The high energy efficiency of

Palazzo Italia is achieved through the use of renewable energy resources, with a

consequent reduction of its polluting emissions into the atmosphere. The thermal

dispersions is lowered using a high performance casing for ensuring low energy

consumption for heating and air-conditioning. Heat pumps and the photovoltaic glass on

the sail cover allow to produce a relevant part of the electricity needs of the building. All

thes