Dubbio tensioni associate alle configurazioni D/Y

[Lele_u_biddrazzu]

No, la tensione nominale non è direttamente legata all'isolamento, che solitamente sopporta tensioni ben superiori alla nominale.

Strano, ricordavo che lo fosse in qualche modo. Mi sembra che in base alla tensione nominale, un motore debba essere sottoposto a specifiche prove di isolamento con opportuni valori di tensione di prova (picco ed a frequenza industriale). Ad ogni modo credo che sottoporre l'avvolgimento di un motore ad una tensione superiore a quella nominale in modo continuativo non sia una scelta ottimale, considerando che sarebbe anche percorso da una corrente superiore a quella di dimensionamento… ergo maggiore corrente -> maggiore stress termico -> minore durata dell'isolamento -> possibile scarica.

[EdmondDantes]

E ricordi bene, Lele_u_biddrazzu.
L'isolamento della macchina e' progettato anche sulla base della tensione nominale.
La progettazione dell'isolamento non riguarda solo lo stress elettrico, ma anche quello meccanico e termico.
Rispettando i valori nominali, quindi anche la tensione nominale, la macchina raggiunge il punto di lavoro nominale e vi potrà rimanere per un tempo indefinito (almeno fino alla fine della vita utile della stessa).
Sulla base dei valori nominali, inoltre, si eseguono i vari test elettromeccanici (che non si limitano a provare la macchine in condizioni nominali. Alcune prove sono particolarmente stressanti...

Possiamo far lavorare la macchina in un punto diverso da quello nominale? Certamente, ma dobbiamo sempre rispettare le tabelle e le curve correttive fornite dai costruttori. Aumentando i valori di alcune grandezze dobbiamo obbligatoriamente ridurre i valori delle altre. E qui entra in gioco anche il fattore tempo. Per quanto tempo possiamo far lavorare la macchina in queste nuove condizioni?

Insomma, una cosa sono i valori nominali (che caratterizzano la macchina in fase di progettazione) e una cosa sono i valori di esercizio che caratterizzano i vari punti di lavoro.

Basta una sovratemperatura di soli 5 °C per dimezzare la vita utile di una macchina. La legge di Arrhenius non perdona.

[EdmondDantes]

Riprendo il 3D.
Purtroppo non ho sottomano la normativa di riferimento e non potrò essere preciso in termini quantitativi.
Le norme sulle macchine elettriche rotanti prevedono un insieme di grandezze elettromeccaniche di tipo funzionali tali da definire le prestazioni elettriche e meccaniche della macchina in fase di progettazione e collaudo. Queste grandezze sono dette grandezze nominali.
Sulla base di queste grandezze dunque si dimensiona (proporziona) l'intera macchina elettrica.
Una delle grandezze elettriche funzionali e' la tensione nominale (concatenata nel caso di macchine trifase).
Fra le altre cose, la tensione nominale determina la scelta dell'isolamento.
L'isolamento e' proporzionato sulla base della tensione nominale ed esso, rispetto a tutte le altre parti della macchina, fissa i limiti elettrici e termici della macchina stessa e la scelta del tipo di raffreddamento (la temperatura massima e le perdite in gioco devono essere tali da non deteriorare l'isolamento).

Vedendo la questione dall'altra parte, possiamo dire che l'isolamento fissa i limiti elettrici e termici da cui dipendono tensioni e correnti nominali, coppia e velocità nominale.
In definitiva, l'isolamento (ovviamente insieme alle restanti parti della macchina) fissa la potenza nominale.

Generalmente e' sufficiente un ±10% di variazione della tensione di alimentazione rispetto a quello nominale per determinare un incremento del riscaldamento e quindi della temperatura. Variare questo parametro fondamentale, senza tener conto delle prescrizioni del costruttore, conduce al deterioramento precoce dell'isolamento della macchina.
L'isolamento non si progetta solo in base ai campi elettrici da sopportare in fase di esercizio ma considerando anche i gradienti termici e la temperatura massima da sopportare.
Di seguito riporto un grafico qualitativo sull'aspettativa di vita media di una macchina asincrona in funzione della temperatura:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Piccola nota da prendere con le pinze. Ho un vago ricordo di un dato: 120% della tensione nominale uguale incremento della temperatura fino all'80%. Insomma... non poco... direi.

Effetti simili si hanno anche in caso di dissimmetria della tensione di alimentazione in quanto questa determina stress elettrici e termici deleteri per la vita media dell'isolamento.

Vediamo un diagramma tipico sugli spessori degli isolanti al variare della tensione nominale:

Sorgente FidoCadJ | Ingrandisci | Cos'è Fidocad

Diciamo che, a meno di tecnologie moderne, l'isolamento di una macchina a tensione nominale di 1 kV puo' essere eseguito con una doppia smaltatura + sovraspessore. Superato questo valore, oltre ad un eventuale triplo smalto, potrebbero essere necessari sovraspessori di circa 2 mm. Non e' poco.

E non e' finita qui. Oltre certi valori di tensione nominale e' necessario prevedere, nell'intorno dell'isolamento, strati di materiale semiconduttivo per uniformare il campo elettrico ed impedire il fenomeno corona.

Insomma, possiamo continuare all'infinito. La questione e' che isolamento e tensione nominale sono strettamente ed intimamente legati fra loro e da essi dipende l'aspettativa di vita media della macchina asincrona.

[SandroCalligaro]

NB: Questo post era lì fermo sul mio browser ieri sera, in attesa che io schiacciassi invia.
Siccome l'ultimo post di EdmondDantes è piuttosto lungo e richiede una lettura attenta, il mio lo pubblico, anche se non tiene conto di quanto scritto ieri sera, appunto, da EdmondDantes.

Ad ogni modo credo che sottoporre l'avvolgimento di un motore ad una tensione superiore a quella nominale in modo continuativo non sia una scelta ottimale, considerando che sarebbe anche percorso da una corrente superiore a quella di dimensionamento… ergo maggiore corrente -> maggiore stress termico -> minore durata dell'isolamento -> possibile scarica.

Questo è proprio il punto: a parità di frequenza, se la tensione su ciascun avvolgimento non è quella nominale, il punto di funzionamento è diverso da quello nominale, visto che un avvolgimento si potrebbe schematizzare, a regime e in funzionamento da motore, con un'impedenza resistivo-induttiva.

Questo fatto però, in linea di principio, non dipende dalla tensione di isolamento. Potrei avere, ad esempio, un motore con tensione nominale molto bassa (ad es. 48 V), ma avvolto con filo smaltato "normale", che resiste a tensioni molto elevate. Chiaramente non è il caso di avere la situazione opposta (tensione nominale alta e di isolamento bassa)...

La maggior parte dei motori recenti a 230/400 V, tra l'altro, sopporta le tensioni di un inverter, che possono essere (impulsivamente) molto superiori a quella nominale. Questo non era vero anni fa, quando gli inverter non si usavano comunemente. Allo stesso tempo, però, la questione della tensione da applicare a ciascun avvolgimento (230 V a triangolo, 400 V a stella) era la stessa.

Quindi, non mi sembra sbagliato dire che

la tensione nominale non è direttamente legata all'isolamento

.

[EdmondDantes]

Ciao SandroCalligaro, il punto è proprio questo.
Distinguere i valori nominali dai valori di esercizio.
Inoltre, altra distinzione fondamentale è quella fra dielettrico ed isolamento della macchina.

I fogli di carta utilizzati per alcune tipologie di isolamento, ad esempio, sono in grado di sopportare tensione relativamente elevate.
Se gli stessi fogli di carta li installi all'interno della macchina elettrica allora non saranno più un semplice dielettrico, ma andranno a costituire l'isolamento della macchina dimensionata per funzionare per l'intera vita utile a pieno regime.
Questo dimensionamento va fatto sulla base dei valori nominali ove la tensione gioca il ruolo principale.
Come già detto nel mio primo post e che tu hai ripreso nella tua ultima risposta, la macchina può anche funzionare con valori di esercizio più elevati rispetto a quelli nominali, ma allo stesso tempo è necessario ridurre le altre grandezze rispettando i limiti imposti dal costruttore.
Dire che la macchina ha tensione nominale 380 V non significa che il suo isolamento, inteso come dielettrico a se stante, non è in grado di sopportare tensioni maggiori di 380 V. Il significato di quell'affermazione è la seguente: ho progettato la macchina affinché duri 30 anni. Affinché l'isolamento duri per l'intero ciclo di vita, non devi superare la tensione nominale di 380 V. Ti serve alimentare a tensione maggiore o inferiore? Bene, puoi farlo, ma rispetta le mie curve correttive.

[SandroCalligaro]

Grazie, EdmondDantes, per aver fatto sintesi.
Diciamo che, questa è la mia impressione, mentre io vedo le cose da utilizzatore, tu le vedi da costruttore. Il punto di vista è abbastanza diverso, ma la realtà dei fatti è, ovviamente, la stessa.
Ci sono poi delle differenze, credo, abbastanza grandi tra macchine di grossa potenza e magari in media tensione e macchine piccole e "standard", in bassa (o bassissima) tensione.

Un esempio che mi porta a dire che non c'è un legame così "biunivoco" tra tensione nominale ed isolamento è quello di una macchina che è specificata per diverse velocità (quindi frequenze), con diversi valori di tensione nominale.
Questo per dire che, certamente, l'isolamento deve per forza essere un vincolo di progetto fondamentale (i tuoi post mi hanno fatto realizzare che effettivamente è forse il limite più importante), ma gli aspetti termici sono principalmente legati alla corrente, quindi è quella che deve essere "fissata", più che la tensione in sé.

Anche qui, credo emerga la differenza di prospettiva (o la "deformazion"), legata a professioni e formazioni un po' diverse: sono abituato a pensare a macchine controllate in corrente, per le quali la tensione è "un risultato" e non viene imposta arbitrariamente. Certamente, non è questo il caso per la maggior parte delle macchine elettriche.

[EdmondDantes]

La tua è una spiegazione plausibile.
Se i miei strumenti, all'accensione, segnassero 48 V probabilmente non ci farei nemmeno caso e andrei avanti con le misure
Leggerei 0 V

Se ho ben compreso, ti occupi di azionamenti elettrici. Se lavori principalmente con macchine a bassa e bassissima tensione, non ti accorgi di questo stretto legame in quanto, per quei valori di tensione, l'isolamento è intrisicamente sovradimensionato. Non ti spingi al di sotto di certi spessori, perlomeno nelle applicazioni industriali.

Un esempio che faccio spesso è il seguente. A casa nostra, anche per motivi naturali legati alla sicurezza e alla "tipologia di utenti", abbiamo un impianto elettrico sovradimensionato dal punto di vista dell'isolamento. Diminuendo ulteriormente gli spessori, infatti, avremmo oggetti che si distruggerebbero solo a guardarli interferendo con la loro funzione d'onda

[SandroCalligaro]

Se ho ben compreso, ti occupi di azionamenti elettrici.

Sì, solitamente non mi occupo di bassissima tensione: solo recentemente sta diventando interessante per via dei veicoli elettrici piccoli.

Un esempio che faccio spesso è il seguente. A casa nostra, anche per motivi naturali legati alla sicurezza e alla "tipologia di utenti", abbiamo un impianto elettrico sovradimensionato dal punto di vista dell'isolamento.

In effetti, abbondare con l'isolamento costa relativamente meno che abbondare con i conduttori.
Quando cerco di spiegare perché si tende a salire in tensione, per trasmettere potenza, dico che è "più facile/economico" isolare piuttosto che condurre, in modo efficiente. Chiaramente è un ragionamento relativo, ma diciamo se non altro che il rame costa molto più dell'aria, della plastica, della ceramica e del vetro, a parità di volume.

[EdmondDantes]

Gli azionamenti elettrici sono molto interessanti sia dal punto di vista tecnico sia analitico.
Una bella disciplina che richiede un impegno non indifferente.

[SandroCalligaro]

Tutte le cose sono impegnative, se prese seriamente, la passione però rende tutto più facile.
Gli azionamenti sono abbastanza inter-disciplinari, e questo permette di "divertirsi" ragionando su vari fronti.
A me, purtroppo, mancano tante conoscenze di macchine elettriche, essendo un elettronico di formazione.