Appunti degli studenti per corsi ed esami del Prof. Frosini Lucia

1. Richiami sui materiali magnetici, conduttori e isolanti Materiali ferromagnetici dolci e duri, perdite per isteresi e per correnti parassite, lamierini in ferro-silicio standard e a cristalli orientati, cifra di perdita. Effetto pelle nei conduttori. Caratteristiche dei materiali isolanti (gassosi, liquidi, solidi), rigidità dielettrica, scariche parziali, classe termica. 2. Il trasformatore Richiami sul circuito equivalente dei trasformatori. Aspetti costruttivi dei trasformatori (nucleo, avvolgimenti, sistemi di raffreddamento). Formule per il dimensionamento dei trasformatori e criteri di progetto. Gruppi angolari. Transitorio di corto circuito nei trasformatori. Transitorio di inserzione a vuoto nei trasformatori. Calcolo della reattanza di dispersione di un avvolgimento cilindrico di un trasformatore. Calcolo delle forze di Lorentz nel caso di corto circuito in un trasformatore. Trasformatori a nucleo corazzato. Accessori dei trasformatori in olio. Collegamento zig-zag. 3. La macchina a collettore Aspetti costruttivi principali. Avvolgimenti di indotto embricati e ondulati. Campi magnetici prodotti dall’eccitazione e dalla reazione di indotto. Funzionamento della macchina a collettore come motore, forza elettromotrice indotta, espressione della coppia. Motore a eccitazione separata, motore a eccitazione serie, motore universale a collettore. La commutazione ideale e la commutazione con fenomeni induttivi: poli di commutazione. Saturazione per reazione di indotto: avvolgimenti compensatori. Altri aspetti costruttivi. Perdite nel motore a collettore. 4. Avvolgimenti in corrente alternata Tipologie di avvolgimenti di statore in corrente alternata: concentrici e embricati, a singolo e a doppio strato, a passo normale e raccorciato. Esempi di realizzazione di avvolgimenti di statore. Forze magnetomotrici prodotte dagli avvolgimenti. 5. La macchina asincrona Circuito equivalente del motore asincrono, bilancio di potenze, espressione della coppia elettromagnetica, caratteristica elettromeccanica, diagramma circolare. Caratteristiche costruttive e tipi di rotore. Funzionamento del rotore a doppia gabbia. Coppie parassite ed effetti del raccorciamento di passo. Normative sul rendimento e metodi per il suo miglioramento. Metodi di avviamento. Funzionamento del generatore asincrono e cenni sul DFIG. Dimensionamento di un motore asincrono trifase. 6. La macchina sincrona Funzionamento del generatore sincrono: a vuoto e in parallelo con la rete. Fenomeno della reazione di indotto. Espressione della coppia elettromagnetica. Regolazione della potenza attiva e reattiva. Aspetti costruttivi: rotore (liscio e a poli salienti), avvolgimenti smorzatori, nucleo e avvolgimenti di statore, sistemi di eccitazione, sistemi di raffreddamento. Problematiche e soluzioni costruttive dei generatori sincroni di elevata potenza. Determinazione dell’impedenza sincrona. Curve delle prestazioni limite (capability). Funzionamento del motore sincrono e curve a V. 7. Il motore sincrono a magneti permanenti (brushless) e altre macchine speciali Principi di funzionamento del motore brushless con tecnica di controllo trapezia (DC brushless) e sinusoidale (AC brushless). Curve di coppia. Coppie oscillanti di cogging e di ripple. Caratteristiche costruttive: rotore interno, esterno, assiale; a magneti superficiali (SPM) e interni (IPM); materiali per magneti permanenti. Principi di funzionamento delle macchine a riluttanza variabile e del motore a magneti permanenti alimentato da rete.

1. Concetti introduttivi Finalità di un sistema diagnostico: individuazione (detection), localizzazione (isolation) e identificazione (identification) del guasto. Relazioni tra diagnostica e concetti di protezione, manutenzione, monitoraggio delle condizioni. Manutenzione reattiva, preventiva, predittiva, pro-attiva. Affidabilità, disponibilità, densità di probabilità di guasto, tasso di guasto, criteri di classificazione dei guasti. 2. Tipi di guasti nelle macchine e negli azionamenti elettrici e metodi per la diagnostica Tipi di guasti: statore (avvolgimenti e nucleo), cuscinetti, rotore, irregolarità statiche e dinamiche del traferro, altri. Misure di tipo elettrico: tensioni, correnti, potenze, flusso magnetico (al traferro e disperso), tensioni d’albero, correnti nei cuscinetti, scariche parziali. Misure di tipo meccanico: vibrazioni, rumore acustico, forze, coppie, velocità. Misure di tipo chimico, di temperatura e altre. Analisi dei segnali nel dominio del tempo e delle frequenze. 3. Vibrazioni nelle macchine elettriche Misura delle vibrazioni come strumento diagnostico. Vibrazioni longitudinali, flessionali (rotore di Jeffcott), torsionali. Vibrazioni naturali e forzate. Forze elettromagnetiche: tensore di Maxwell, forza di Lorentz. Eccentricità statica e dinamica. Vibrazioni delle testate. Esempi applicativi. 4. Guasti nei cuscinetti Cuscinetti a rotolamento e a strisciamento. Possibili danni e cause dei guasti nei cuscinetti. Metodi per la diagnostica dei guasti nei cuscinetti: analisi di vibrazioni e corrente di statore. Esempi applicativi. 5. Guasti negli avvolgimenti di statore Caratteristiche costruttive, possibili guasti e metodi diagnostici per gli avvolgimenti di statore in bassa tensione, alimentati da rete o da inverter: analisi di corrente di statore e flusso disperso. Caratteristiche costruttive degli avvolgimenti di statore in media tensione. Guasti dell’isolamento verso massa. Metodi diagnostici per gli avvolgimenti in alta tensione: resistenza di isolamento, indice di polarizzazione, tan-delta o fattore di potenza dell’isolamento, AC e DC hipot test. Misura delle scariche parziali (PD): polarità positiva e negativa delle PD, confronto dell’efficacia del metodo delle PD con gli altri metodi diagnostici, individuazione delle PD con la misura degli impulsi elettrici, interpretazione dei risultati, PD come causa diretta e come sintomo, effetto del carico e della temperatura sulle PD. 6. Guasti di rotore Corto circuiti di rotore nei generatori e metodi per la loro diagnostica: rilievo del flusso interno, rilievo riflettometrico, misura dell’impedenza dinamica. Tensioni e correnti d’albero e metodi per il loro monitoraggio: nei turboalternatori e nei motori alimentati da inverter. Rottura di barre di rotore nei motori asincroni e loro individuazione con l’analisi di corrente di statore, vibrazioni e flusso disperso. Fenomeno delle correnti tra barre. 7. Altri tipi di guasti Test EL-CID per guasti del nucleo di statore. Analisi dei gas disciolti per i trasformatori isolati in olio.