Domande aperte Elettrotecnica

FEM

69) CONDIZIONI DI IDEALITA’ PER UN TRASFORMATORE

quando le perdite nel nucleo sono nulle, cioè quelle per isteresi quelle per correnti parassite e quelle nel

ferro sono nulle e la riluttanza nel nucleo è nulla

LEZIONE 42

71) BILANCIO ENERGETICO TRASFORMATORE REALE

l'energia entrante è uguale a quella uscente aumentata dell'energia dissipata internamente sotto forma di

Per il principio di conservazione dell'energia, fra la potenza assorbita e la potenza erogata esiste la relazione:

P1=P2 + Pp = P2 + Pfe + Pcu

calore. Su un piatto della bilancia si deve mettere la potenza, Pa, che il trasformatore preleva dalla linea che

La quale ci indica che il trasformatore deve assorbire potenza capace di bilanciare oltre alla Potenza erogata

anche la Potenza perduta del ferro Pfe e quella perduta nel rame.

lo alimenta; sull'altro piatto, la potenza, Pu, che il trasformatore fornisce al carico e quella, Pp, trasformata

P1 è la Potenza assorbita e P2 la Potenza erogata.

in calore all'interno del trasformatore: nel ferro, Pfe, per effetto delle correnti parassite e dell'isteresi

magnetica del nucleo, nel rame, Pcu, per la resistenza dei conduttori degli avvolgimenti (effetto joule). Il

bilancio è dunque Pa=Pu+Pp, con Pp=Pcu+Pfe.

72) DIAGRAMMA VETTORIALE TRASFORMATORE REALE SOTTO CARICO

il diagramma vettoriale rappresenta le grandezze elettriche del funzionamento del trasformatore sotto carico.

Esso corrisponde al circuito equivalente relativo al trasformatore reale.

I0=Iu+Ia

I1=I0+I1'

V2=Z*I2

Z=R+jX

K= E1\E2=I2\I1

73) CIRCUITO EQUIVALENTE TRASFORMATORE REALE

In un trasformatore reale:

• la permeabilità del circuito magnetico non è infinita;

• sono presenti dissipazioni energetiche (perdite);

• gli avvolgimenti primario e secondario non sono perfettamente accoppiati.

Nel ferro del nucleo si instaurano delle correnti parassite, dovute alle forze elettromotrici indotte dal flusso

magnetico alternato, che producono perdite termiche; sempre nel ferro, i domini magnetici che oscillano

sotto l'azione del flusso alternato, producono perdite di calore per l'attrito reciproco.

74) TRASFORMATORE REALE A VUOTO

Il trasformatore funziona a vuoto quando è alimentato alla tensione V1 e non alimenta alcun carico. In

questo caso la macchina assorbe dalla rete una corrente chiamata corrente a vuoto I0, essa è costituita

dalla corrente magnetizzante in fase con il flusso, e dalla corrente attiva (Ia) legata alle perdite di potenza

nel ferro. Anche in questo caso, a causa della variazione del flusso concatenato con le N1 ed N2 spire degli

avvolgimenti, nascono due forze elettromotrici indotte E10 ed E20.

LEZIONE 43

75) TRASFORMATORI DI MISURA AMPEROMETRICI

In molti casi pratici è necessario misurare una tensione o una corrente che assume valori molto grandi

rispetto alle portate degli strumenti a disposizione. In tal caso si interpone tra la linea su cui si deve

misurare la grandezza e lo strumento di misura un trasformatore di misura.

I trasformatori TA sono caratterizzati da una corrente primaria e da una corrente secondaria. In condizioni

ideali (assenza della corrente I0) valgono le seguenti relazioni K=I2/I1. Nella realtà la corrente I0 c’è e

questo comporta che la relazione scritta in precedenza non è più vera.

I TA vengono realizzati utilizzando particolari costruttivi atti a ridurre la corrente a vuoto.

76) TRASFORMATORI DI MISURA VOLTMETRICI

In molti casi pratici è necessario misurare una tensione o una corrente che assume valori molto grandi

rispetto alle portate degli strumenti a disposizione. In tal caso si interpone tra la linea su cui si deve

misurare la grandezza e lo strumento di misura un trasformatore di misura.

I TV sono caratterizzati da una tensione primaria V1 e da una tensione secondaria V2. In condizioni ideali

(assenza di cadute di tensione sugli avvolgimenti primario e secondario) valgono le seguenti relazioni

K=V1/V2. Nella realtà le cadute di tensione sugli avvolgimenti ci sono e questo comporta che la relazione

scritta in precedenza non è più vera ma, essendo K=E1/E2, ed essendo V1>E1 e V2.

I TV vengono costruiti utilizzando accorgimenti costruttivi atti a ridurre le cadute di tensione sugli

avvolgimenti.

77) PARALLELO DI TRASFORMATORI MONOFASE

Per fornire sufficiente potenza al carico, è necessario che due o più trasformatori funzionino in parallelo.

Diremo che due trasformatori sono in parallelo quando sono collegati ad una stessa linea dalla quale

prelevano energia e a loro volta forniscono energia al carico U attraverso una stessa linea. il

funzionamento è PERFETTO quando ogni macchina fornisce alla linea una potenza apparente proporzionale

alla sua potenza di targa.

78) FUNZIONAMENTO IN CORTO CIRCUITO

Funziona in corto circuito quando i morsetti secondari sono chiusi in cortocircuito Zu=0, ed il primario è

alimentato alla tensione V1. Questa è una condizione di funzionamento di guasto. Mancando l’impedenza

del carico, se la tensione primaria è quella nominare, le due correnti saranno elevate. Se non si interrompe

subito il circuito di alimentazione ci sarà il danneggiamento della macchina.

Immaginiamo di applicare ai suoi morsetti primari la tensione di corto circuito Vcc definita come quel valore

di tensione da applicare ai morsetti primari (o secondari) con i morsetti secondari (o primari) in corto

circuito per far si che circolino nei due avvolgimenti le due correnti nominali. Generalmente Vcc è

dell’ordine di 4%-7% della tensione nominale.

LEZIONE 44

79) GRUPPI DEI TRASFORMATORI TRIFASE

nel collegamento in parallelo di due (o più di due) trasformatori trifase è necessario che essi appartengono

allo stesso gruppo. Definiamo lo spostamento angolare fra l’alta e la bassa tensione come l’angolo α

compreso tra le rette uscenti dai centri N ed n dei diagrammi delle tensioni dell’alta e della bassa tensione e

passando per due vertici omonimi. L’angolo α dipende da come sono collegate le fasi e da come sono

avvolti gli avvolgimenti sulle colonne.

Definiamo come gruppo il numero che si ottiene dividendo α per 30°, avremo quattro gruppi 0-5-6-11.

• GRUPPO “0”: con collegamento stella-stella e triangolo-triangolo e avvolgimenti nello stesso verso,

spostamento angolare di 0°;

• GRUPPO “5”: con collegamento stella-triangolo e triangolo-stella e avvolgimenti in verso opposto,

spostamento angolare di 150°;

• GRUPPO “6”: con collegamento stella-stella e triangolo-triangolo e avvolgimenti in verso opposto,

spostamento angolare di 180°;

• GRUPPO “11”: con collegamento stella-triangolo e triangolo-stella e avvolgimenti nello stesso

verso, spostamento angolare di 330°;

80) TRASFORMATORI TRIFASE E RAPPORTO DI TRASFORMAZIONE

Il rapporto di trasformazione trifase Kt, è definito come il rapporto tra le tensioni concatenate primario e

secondaria.

• Collegamento stella-stella: il rapporto di trasformazione coincide con il rapporto spire.

• Collegamento stella-triangolo: il rapporto di trasformazione coincide con il rapporto spire

moltiplicato per

• Collegamento triangolo-triangolo: il rapporto di trasformazione coincide con il rapporto spire.

81) PROVA IN CORTO CIRCUITO DI TRASFORMATORE TRIFASE

Questa prova è utilizzabile per valutare alcuni parametri del circuito equivalente della macchina. Viene

misurata la potenza assorbita Pcc. Mediante calcolo è possibile determinare il cosϕcc, ed i valori Req’’ ed

Xeq’’ (fondamentali nella valutazione del circuito equivalente della macchina). I calcoli vanno eseguiti con

riferimento alla corrente I1N. La prova deve essere eseguita alla frequenza nominale (f=50 Hz) alimentando

il trasformatore da un lato con una Vcc in grado di far circolare negli avvolgimenti primario e secondario le

correnti nominali. I morsetti dell’altro avvolgimento vanno cortocircuitati. La Pcc misurata, visto il valore

nominale delle correnti I1 ed I2 ed il basso valore della tensione (e quindi delle perdite nel nucleo), coincide

con le perdite di potenza nel rame della macchina.

82) PROVA A VUOTO DI TRASFORMATORE TRIFASE

È importante per la valutazione di alcuni parametri del circuito equivalente della macchina. Nella sua

esecuzione si misura la corrente a vuoto I0, la potenza assorbita a vuoto P0.

Mediante calcolo è possibile determinare il cosϕ0, ed i valori di R0 e X0 relativi al cappio parallelo. La prova

deve essere eseguita alla frequenza nominale (f=50 Hz) alimentando il trasformatore da un lato alla

tensione nominale e lasciando aperti i morsetti dell’altro lato. La potenza P0, visto il valore nullo della

corrente I2, coincide con le perdite di potenza nel ferro nel nucleo.

LEZIONE 45

83) CIRCUITO EQUIVALENTE DELLA MACCHINA ASINCRONA

Ogni fase del motore asincrono può essere rappresentata attraverso un circuito equivalente costituito da:

• R1 ed R2 sono le resistenze degli avvolgimenti dello statore e del rotore;

• X1=ω*L1 è la reattanza di dispersione statorica che tiene conto del flusso generato dalla fase

statorica che non si concatena con il rotore;

• X2(s)=ω2(s)*L2=s*ω1*L2=s*X2(1) è la reattanza di dispersione rotorica. Siccome la pulsazione

rotorica dipende dallo scorrimento anche la reattanza dipenderà da s.

Quando lo scorrimento è uguale a zero, il numero di giri al minuto del campo magnetico rotante n1 è

uguale al numero di giri al minuto del rotore n2, la resistenza variabile R(s) è infinita (circuito rotorico

aperto). In questa situazione si ha che le due correnti sono uguali a zero. Questo funzionamento è

paragonabile al funzionamento del trasformatore a vuoto.

Quando invece lo scorrimento è uguale a 1, il rotore è bloccato e la resistenza variabile R(s) è uguale a 0 (il

circuito rotorico è in corto circuito). Questo implica che le due correnti sono massime, e la macchina

assorbirà una corrente I1 massima. Questo funzionamento è paragonabile al funzionamento in corto

circuito del trasformatore.

Le correnti negli avvolgimenti sono dell’ordine delle 8/10 volte quelle nominali. In condizioni di

funzionamento normali la macchina assorbe dalla rete una corrente necessaria e sufficiente affinché la

coppia motrice resa all’asse bilanci la coppia resistente applicata dal carico all’asse.

84) MACCHINA ASINCRONA ASPETTI COSTRUTTIVI

La macchina asincrona è una macchina elettrica rotante che può funzionare sia da motore, trasformando

energia elettrica in meccanica, o da generatore, trasformando energia meccanica in energia elettrica.

È costituita da una parte fissa, lo statore, costituito da un pacco di lamierini impaccati tra loro e collegati

alla carcassa. Questi hanno forma