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cosfi in base alla velocità nominale del generatore

Trasformatori, macchine rotanti ed azionamenti

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[1] cosfi in base alla velocità nominale del generatore

Messaggioda Foto Utentematte500 » 28 mag 2020, 14:31

Buongiorno a tutti, l'altro giorno mi è capitato di partecipare indirettamente ad una discussione relativa al valore del cosfi di un generatore in funzione della velocità nominale del generatore stesso.
Scendendo nel dettaglio, si parlava della scelta di un generatore asincrono trifase mosso da una turbina Pelton da 120 kW e la discussione era incentrata sulla scelta della velocità di rotazione della macchina, sia per avere il rendimento di turbina elevato (il che imponeva come scelta prioritaria un generatore da 500 giri/min) ma senza sottovalutare (dovendo la macchina girare per parecchie ore anche a carichi parziali), il valore del cosfi che a detta di uno dei due interlocutori, sarebbe stato troppo basso su una macchina da 500 giri/min, consigliando così di optare per una macchina a 600 giri/min. Vorrei capire meglio la questione e capire soprattutto perché una macchina da 600 giri/min vanterebbe un cosfi migliorativo rispetto ad una da 500 giri/min.
Non sono esperto del settore elettrico e mi scuso se non sono stato particolarmente chiaro.
Grazie a tutti.
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[2] Re: cosfi in base alla velocità nominale del generatore

Messaggioda Foto Utentefpalone » 31 mag 2020, 13:14

Salve Foto Utentematte500,
parlando in via del tutto generale, a parità di potenza nominale e di altri parametri costruttivi, una macchina a 6 coppie polari (velocità di sincronismo 500 rpm) sarà più grande di una macchina a 5 coppie polari (velocità di sincronismo 600 rpm).
Essendo più grande ci sarà più lamierino da magnetizzare ed un volume di traferrro maggiore nel quale sostenere il campo di induzione magnetica: di conseguenza la macchina a 6 coppie polari necessiterà, in condizioni nominali, di più potenza reattiva rispetto a quella a 5 coppie polari; quindi la prima avrà un fattore di potenza inferiore rispetto alla seconda.

Tra 5 e 6 coppie polari non mi aspetto comunque tutta questa differenza.
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[3] Re: cosfi in base alla velocità nominale del generatore

Messaggioda Foto Utentematte500 » 3 giu 2020, 20:58

Ciao fpalone (diamoci del tu se sei d'accordo),
grazie per la tua risposta.
Quindi in generale possiamo dire che c'è interesse ad installare una macchina veloce perché generalmente ha un cosfi migliorativo rispetto ad una più lenta.
Vorrei ora chiederti quanto segue:
1. Supponendo di avere una macchina da 500 giri/min, se io la esercisco a carico parziale perché non ho acqua a sufficienza per girare sempre a max carico (ricordo che il nostro generatore è mosso da una turbina Pelton da 120 [kW]), come varia il cosfi in base al carico?
2. Se invece installassi una macchina sincrona al posto di una asincrona potrei avere vanataggi? Se si quali?
Grazie per il tuo prezioso aiuto.
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[4] Re: cosfi in base alla velocità nominale del generatore

Messaggioda Foto UtenteJAndrea » 3 giu 2020, 22:09

Quindi in generale possiamo dire che c'è interesse ad installare una macchina veloce perché generalmente ha un cosfi migliorativo rispetto ad una più lenta.

In un impianto con generatore asincrono, comunque avrai un sistema di rifasamento per la correzione del FdP, quindi io privilegerei tra i due aspetti il rendimento della macchina idraulica.
L'interesse lo aspetto anche economico ad installare una macchina veloce, è più compatta e dovrebbe secondo logica costare anche qualcosa di meno.
2. Se invece installassi una macchina sincrona al posto di una asincrona potrei avere vanataggi? Se si quali?

Avresti vantaggi per quel che riguarda la gestione del reattivo di impianto, dato che la macchina ha un proprio sistema di eccitazione, ma anche svantaggi per quel che riguarda la complessità e quindi i costi dell'impianto.
Una macchina sincrona non è semplicemente sostituibile ad una asincrona, è necessario prevedere un sistema di eccitazione, dei sistemi per il controllo del sincronismo in fase di parallelo e l'assetto protettivo andrebbe sicuramente di molto rivisto.
La scelta se progettare l'impianto seguendo l'una o l'altra via, la fa il progettista, ma una volta presa è quella.
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[5] Re: cosfi in base alla velocità nominale del generatore

Messaggioda Foto Utentefpalone » 3 giu 2020, 22:19

JAndrea ha scritto:io privilegerei il rendimento della macchina idraulica

La risposta di JAndrea è teoricamente perfetta: il numero di giri della macchina idraulica è deciso in base a prevalenza e portata, la macchina elettrica "segue".

matte500 ha scritto:come varia il cosfi in base al carico?

a carichi bassi carichi per me vedrai diminuire il fattore di potenza: la potenza attiva generata cala ma la reattiva che ti serve per magnetizzare il motore rimane sempre la stessa.

matte500 ha scritto:Se invece installassi una macchina sincrona al posto di una asincrona potrei avere vanataggi? Se si quali?

Il generatore sincrono di consentirebbe un'efficienza maggiore, in linea di massima, e ti evita di installare un sistema di rifasamento.
Per contro l'asincrono a gabbia di scoiattolo ti consente di evitare il circuito di eccitazione.
Un discorso a parte lo meriterebbe l'asincrono a rotore avvolto: ti consentirebbe di variare la velocità di rotazione della macchina idraulica, migliorandone il rendimento ai carichi parziali, consentendoti di ottenere al tempo stesso un fattore di potenza unitario.
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[6] Re: cosfi in base alla velocità nominale del generatore

Messaggioda Foto Utentematte500 » 4 giu 2020, 19:11

Grazie a tutti per le vostre interessantissine risposte.
Mi sapreste spiegare la differenza traun rotore avvolto e una gabbia di scoiattolo?
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[7] Re: cosfi in base alla velocità nominale del generatore

Messaggioda Foto Utentefpalone » 5 giu 2020, 9:05

matte500 ha scritto:la differenza traun rotore avvolto e una gabbia di scoiattolo?

parto dal presupposto che tu sappia come funziona, in termini elettrotecnici, un motore asincrono (nel caso, puoi approfondire qui).

In un motore asincrono a gabbia l'avvolgimento di rotore è appunto costituito da una gabbia composta da sbarre di materiale conduttore (nella maggioranza dei casi, alluminio) chiuse in corto circuito agli estremi del rotore da anelli. Il circuito rotorico non è portato all'esterno: si tratta di una macchina brushless, di elevatissima affidabilità e manutenzione pressoché nulla.
Per contro l'impossibilità di agire dall'esterno sul circuito di rotore ti toglie un grado di libertà nel controllo della macchina.

In un motore asincrono a rotore avvolto, l'avvolgimento di rotore è di tipo trifase, costituito da conduttori isolati disposti dentro le cave rotoriche, opportunamente collegati tra loro e portati all'esterno della macchine per mezzo di anelli e spazzole.
A differenza di una macchina in corrente continua, il sistema collettore/spazzole non svolge la funzione di commutatore, ma serve soltanto a portare all'esterno il circuito di rotore.
Storicamente il circuito di rotore veniva collegato a dei reostati: oggi può essere invece convenientemente collegato ad un convertitore di frequenza elettronico per la regolazione della velocità: si parla quindi di generatore doubly fed.

Per applicazioni dove devi variare la velocità di rotazione in un intorno relativamente ridotto (diciamo un 30% di regolazione), tipico di turbine eoliche o piccole macchine idrauliche, è una soluzione molto conveniente.
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[8] Re: cosfi in base alla velocità nominale del generatore

Messaggioda Foto Utentematte500 » 7 giu 2020, 11:25

Quindi se ho capito bene ogni volta che si ha un rotore a gabbia di scoiattolo si tratta sempre di un motore Brushless?
P.S.: Grazie per il imk al file, molto interessante
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[9] Re: cosfi in base alla velocità nominale del generatore

Messaggioda Foto Utentefpalone » 7 giu 2020, 11:38

matte500 ha scritto: ogni volta che si ha un rotore a gabbia di scoiattolo si tratta sempre di un motore Brushless?

Sì, i motori asincroni a gabbia di scoiattolo sono l'esempio più diffuso di motore brushless.
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[10] Re: cosfi in base alla velocità nominale del generatore

Messaggioda Foto Utentematte500 » 9 giu 2020, 11:03

Grazie mille per le informazioni.
Ci rivedremo magari sul forum per altre discussioni che sicuramente aprirò.
Grazie, ciao!
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