Relazione Laboratorio Macchine Elettriche

Università degli Studi di Messina

Corso di laurea in ingegneria industriale

Relazione sulla prova di laboratorio effettuata sul trasformatore monofase

Studente: Rando Alessandro (Matricola 437602)

Cenni introduttivi

Il trasformatore è una macchina elettrica statica (perché non contiene parti in movimento) e reversibile, che serve per variare i parametri in ingresso (tensione e intensità di corrente) rispetto a quelli in uscita, mantenendo costante la potenza elettrica apparente. Il trasformatore trasferisce energia elettrica da un circuito elettrico a un altro tramite dei conduttori accoppiati induttivamente: gli avvolgimenti del trasformatore. Un'applicazione tipica è nelle cabine elettriche di trasformazione della rete elettrica. La macchina ha importanza fondamentale nel mondo di oggi: senza di essa le grandi reti di trasporto dell'energia elettrica che collegano le centrali elettriche a milioni di industrie e di case non potrebbero funzionare. Inoltre è una macchina in grado di operare solo in corrente alternata, perché sfrutta i principi dell’elettromagnetismo legati ai flussi variabili.

Introduzione alla prova

Obiettivo della prova di laboratorio è di effettuare misure su di un trasformatore i cui capi dell’avvolgimento, non collegato all’alimentazione, risultano connessi tra loro tramite un’impedenza trascurabile (prova in cortocircuito) o lasciati disconnessi (prova a vuoto). Il risultato finale della prova sarà dunque l’ottenimento dei parametri che rappresentano le perdite presenti nel trasformatore.

Dati di targa

• Potenza nominale A = 50VAn
• Tensione nominale al primario V = 220V_1n
• Tensione nominale al secondario V = 15 V_2n
• Corrente nominale al secondario I = 3.3 A_2n
• Frequenza nominale f = 50 Hz_n
• Classe d’isolamento - H

Strumenti utilizzati

• Analizzatore di potenza a tre canali
  Tale strumento misura potenza attiva, potenza reattiva, potenza apparente, fattore di potenza, corrente e tensione con precisione. Esso è costituito dai terminali di una bobina amperometrica e di una bobina voltmetrica. L’analizzatore di potenza utilizzato presenta tre canali e risulta utilizzabile anche nel caso di sistemi trifase. Per ogni canale si hanno quattro terminali differenziati con colori giallo e nero. Di tali terminali, due sono relativi alla bobina voltmetrica e due sono relativi alla bobina amperometrica. Nelle prove eseguite si è utilizzato il colore giallo per indicare l’ingresso di ciascuna bobina mentre si è utilizzato il colore nero per indicare l’uscita di ciascuna bobina.
• Multimetro
  È uno strumento di misura elettronico, che funziona sia in continua che in alternata, e opera come amperometro, voltmetro e ohmetro. Il modello utilizzato presenta tre uscite e i puntali che noi andremo ad utilizzare si collegheranno a solo due di queste uscite. Va sottolineato inoltre che i valori letti dagli strumenti per grandezze in alternata risultano essere in valori efficaci. La bontà di un multimetro si può valutare anche dalla sua impedenza o resistenza in ingresso, ovvero quanto il multimetro "carica" il circuito in esame. Questa impedenza, misurata in ohm/volt, è funzione dell'intervallo su cui è impostato il multimetro. Un multimetro per uso elettronico o radioelettrico deve avere come minimo resistenza in ingresso di 20 kΩ/V data la piccola entità dei segnali in gioco e la generalmente alta impedenza dei circuiti in esame: un'impedenza più bassa influisce maggiormente sul circuito in esame rendendo meno affidabile la lettura.
• Variac
  È la denominazione commerciale dell'autotrasformatore, un particolare tipo di trasformatore costituito da un unico avvolgimento dotato di prese intermedie. Rispetto al comune trasformatore, l'avere un solo avvolgimento semplifica la costruzione, riduce le perdite ohmiche dovute alla resistenza dei conduttori ed elimina i problemi di isolamento fra avvolgimenti, ma d’altro canto, al contrario del normale trasformatore, primario e secondario non sono galvanicamente isolati. Abbiamo utilizzato tale strumento durante le prove sul trasformatore monofase per interfacciarlo alla rete di alimentazione fissa a 230 V.
• Wattmetro
  Misura la potenza attiva e dallo sfasamento cosφ possiamo valutare la potenza reattiva.
• Voltmetro
  Misura la tensione fra i terminali del trasformatore.
• Amperometro
  Misura la corrente.

Connessione degli strumenti per la prova a vuoto

Per prima cosa colleghiamo i terminali del primario del trasformatore con il Variac. Come seconda cosa dobbiamo collegare il voltmetro in parallelo ai terminali del primario, prendendo il negativo della bobina voltmetrica e collegandolo al morsetto negativo, infine il positivo della stessa col positivo del trasformatore. Dovendo collegare pure l’amperometro in serie al circuito per misurarne la corrente, creiamo un nodo con il positivo del Variac. In seguito, connettiamo il negativo dell’amperometrica al terminale positivo del trasformatore.

Trattandosi della prova a vuoto, bisogna mantenere il secondario a vuoto, e quindi installiamo sul secondario un voltmetro. Lo realizziamo collegando i morsetti del multimetro sui terminali del secondario e impostando lo strumento su V. Ricordiamo che il voltmetro idealmente ha un’impedenz...