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Esercizio: Progettazione e calcolo compensatore sincrono

Trasformatori, macchine rotanti ed azionamenti

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[1] Esercizio: Progettazione e calcolo compensatore sincrono

Messaggioda Foto Utentesimo122 » 10 giu 2020, 11:22

Buongiorno,
mi trovo a dover rifasare a cosϕ' unitario un carico di potenza 10 MW con cosϕ 0,8 connesso ad una rete di tensione 6 kV – 50 Hz mediante una macchina sincrona isotropa a 2 poli. Mi servirebbe sapere i principali parametri nominali della macchina e la modalità di funzionamento più adeguata della stessa.
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[2] Re: Progettazione e calcolo compensatore sincrono

Messaggioda Foto Utentefpalone » 10 giu 2020, 13:08

Buongiorno Foto Utentesimo122,
mi pare di capire che il tuo scopo sia solo il mantenimento di un certo fattore di potenza al punto di connessione, è corretto?
Se così fosse capire quale sia il valore target del fattore di potenza è quindi il primo fondamentale passo. Puoi dirci questo valore?
Inoltre, se non sono indiscreto, per quale motivo stai pensando ad un compensatore sincrono? Pur essendo un grande estimatore di questo componente ed avendone dimensionati di "grandicelli", non mi sembrerebbe la soluzione migliore per la tua necessità!
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[3] Re: Progettazione e calcolo compensatore sincrono

Messaggioda Foto Utentesimo122 » 10 giu 2020, 14:01

fpalone ha scritto:Buongiorno Foto Utentesimo122,
mi pare di capire che il tuo scopo sia solo il mantenimento di un certo fattore di potenza al punto di connessione, è corretto?
Se così fosse capire quale sia il valore target del fattore di potenza è quindi il primo fondamentale passo. Puoi dirci questo valore?
Inoltre, se non sono indiscreto, per quale motivo stai pensando ad un compensatore sincrono? Pur essendo un grande estimatore di questo componente ed avendone dimensionati di "grandicelli", non mi sembrerebbe la soluzione migliore per la tua necessità!

Il target per il fattore di potenza lo ipotizzo di 0.95; la scelta di un compensatore sincrono è data dal testo dell'esercizio, proprio per iniziare a familiarizzare con questo componente.
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[4] Re: Progettazione e calcolo compensatore sincrono

Messaggioda Foto Utentefpalone » 10 giu 2020, 18:10

Se si tratta di un esercizio allora va bene :mrgreen:
Visto che conosci il fattore di potenza target e quello di partenza, allora già sei in grado di calcolare il primo e più rilevante dato di targa della macchina: la potenza nominale. Inizia da lì e dicci quanto ti viene.
Successivamente, inizia a pensare agli altri parametri che ti servono:
- potenza reattiva nominale in sottoeccitazione: ti serve specificare questo valore? Il tuo carico è mai capacitivo?
- tensione nominale: la scegli uguale a quella della rete (funzionamento in parallelo senza trasformatore) o differente (trasformatore od autotrasformatore step up)?
- rapporto di corto-circuito, reattanze e costanti di tempo: ti serve specificare questi dati (macchina customizzata) o ti vanno bene quelli derivanti da un progetto off-the-shelf della macchina?
- eccitazione: dovrai usare un eccitazione rotante brushless (meno manutenzione, no ceiling negativo, impossibilità di usare avviatore statico) o di tipo statico (manutenzione spazzole, possibilità di utilizzare avviatore statico, possibilità di ceiling negativo)?

Per la modalità di funzionamento, ti servirà lavorare in regolazione di tensione oppure in regolazione di potenza reattiva?
Per l'avviamento, ti conviene usare un pony motor oppure un avviatore statico?


inizia a riflettere su questi punti, butta giù le tue idee e condividile, in modo da commentarle sul forum!
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[5] Re: Progettazione e calcolo compensatore sincrono

Messaggioda Foto Utentesimo122 » 10 giu 2020, 18:30

Conoscendo il fattore di potenza come prima cosa ho pensato di trovare la potenza reattiva che il mio motore deve assorbire dalla rete.
-La potenza attiva, siccome deve assorbire solo quella necessaria per sopperire alle sue perdite, non saprei come calcolarla;
-Come tensione nominale la sceglierei uguale a quella della rete;
-Rapporto di corto-circuito, reattanze e costanti di tempo non ho idea di cosa siano :oops: ;
-Come tipo di eccitazione pensavo ad un'eccitazione indipendente, in modo da poter variare la corrente di eccitazione a mio piacimento;
-Come modalità di funzionamento punterei sempre a variare la corrente di eccitazione, di conseguenza la E0.
Spero di non aver detto qualche castronata, ma non sono molto fondato su questo tipo di macchina.
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[6] Re: Progettazione e calcolo compensatore sincrono

Messaggioda Foto Utentefpalone » 10 giu 2020, 18:59

simo122 ha scritto:Conoscendo il fattore di potenza come prima cosa ho pensato di trovare la potenza reattiva che il mio motore deve assorbire dalla rete.

il ragionamento è corretto, anche se il tuo compensatore dovrebbe generare potenza reattiva (sovraeccitazione), agendo come un banco di condensatori, non assorbirla: quanto ti viene quindi la potenza reattiva nominale?
simo122 ha scritto:siccome deve assorbire solo quella necessaria per sopperire alle sue perdite, non saprei come calcolarla;

corretto: nello specificare il compensatore sincrono non devi specificare la "potenza attiva nominale", ma le perdite massime. Per sapere quante siano dovresti conoscere un po' le caratteristiche delle macchine della taglia che a te interessa: una volta identificata la potenza reattiva nominale, procurati un catalogo e trova lì le perdite di una macchina simile

simo122 ha scritto:-Come tensione nominale la sceglierei uguale a quella della rete;

è un approccio condivisibile, ma per vedere se è una soluzione tecnicamente perseguibile devi prima calcolare la potenza reattiva nominale e verificare se compatibile con la tensione nominale da te scelta

simo122 ha scritto:-Rapporto di corto-circuito, reattanze e costanti di tempo non ho idea di cosa siano :oops: ;

Sicuramente troverai qualcosa sul tuo libro di testo; a proposito, quali sono le tue basi e la tua formazione in campo di macchine elettriche?
Per ora comunque inizia a dare un'occhiata qui e qui.

simo122 ha scritto:-Come tipo di eccitazione pensavo ad un'eccitazione indipendente, in modo da poter variare la corrente di eccitazione a mio piacimento;

eccitazione indipendente è per le macchine in corrente continua: qualunque sistema di eccitazione in una macchina sincrona ti consente di variare a tuo piacimento la corrente di eccitazione. Per approfondire la differenza tra una eccitatrice rotante brushless ed una eccitatrice di tipo statico, puoi dare un'occhiata qui e qui
simo122 ha scritto:-Come modalità di funzionamento punterei sempre a variare la corrente di eccitazione, di conseguenza la E0.

Certo, è ovvio: ma tu devi decidere se far lavorare il tuo regolatore della corrente di eccitazione al fine di ottenere un valore prefissato di tensione ai morsetti oppure un valore prefissato di potenza reattiva. Quale ti sembra più aderente alla tua esigenza di rifasamento?
simo122 ha scritto:non sono molto fondato su questo tipo di macchina.

inizia ad esaminare il materiale che ho linkato ;-)
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[7] Re: Progettazione e calcolo compensatore sincrono

Messaggioda Foto Utentesimo122 » 10 giu 2020, 20:19

La potenza reattiva nominale mi risulta uguale a 4.21 MVAR.

Per quanto riguarda la ricerca del motore nei vari cataloghi sono riuscito a trovare solo motori sincroni tramite la loro potenza attiva nominale, però essendo specificato il rendimento all'interno dei datasheet potrei calcolarmi le perdite (rimane il problema della mancata conoscenza della loro potenza reattiva), (che dati in particolare devo cercare?).

Per quanto riguarda il rapporto di corto circuito, reattanze e costanti di tempo non è necessario che le elenchi (me le studierò bene con calma più avanti).

Leggendo gli articoli linkati opterei per un'eccitatrice di tipo statico in quanto offre più vantaggi rispetto alla brushless.

Infine come modalità di funzionamento, dovendo per l'appunto rifasare, ho la necessità di un valore prefissato di potenza reattiva ai morsetti.
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[8] Re: Esercizio: Progettazione e calcolo compensatore sincrono

Messaggioda Foto Utentefpalone » 10 giu 2020, 21:54

simo122 ha scritto:La potenza reattiva nominale mi risulta uguale a 4.21 MVAR.

Ottimo, quindi hai definito la potenza nominale. Nella pratica potrai prenderti un margine per tenere in conto della crescita del tuo carico.
Ti sei reso conto, consultando i cataloghi, se per quella taglia di potenza la tensione di 6 kV è praticabile ?
simo122 ha scritto:sono riuscito a trovare solo motori sincroni tramite la loro potenza attiva nominale, però essendo specificato il rendimento all'interno dei datasheet potrei calcolarmi le perdite

Certamente, otterrai una stima sufficientemente accurata delle perdite per il tuo esercizio; pertanto, considerando un motore da circa 4 MW, che perdite massime specificheresti?
simo122 ha scritto:Infine come modalità di funzionamento, dovendo per l'appunto rifasare, ho la necessità di un valore prefissato di potenza reattiva ai morsetti

Sì, dovendo rifasare dovrai prevedere una regolazione di potenza reattiva.

Un altro parametro rilevante è la classe termica dell'isolamento e le sovratemperature ammesse. Anche in questo caso dai un'occhiata ai cataloghi per vedere quali sono i sistemi più diffusi.
In genere, per apparecchiature di questo tipo si preferisce specificare sovratemperature inferiori rispetto alle massime previste dalla classe termica di isolamento, per aumentare la vita utile.
Ad esempio, è pratica diffusa specificare sovratemperture massime di una classe inferiore rispetto a quelle ammesse es. temperatura massima di 130 °C per un isolamento in classe F che potrebbe lavorare a 155°C (con un decremento della vita utile).
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[9] Re: Esercizio: Progettazione e calcolo compensatore sincrono

Messaggioda Foto Utentesimo122 » 10 giu 2020, 23:05

Guardando i cataloghi ho notato che per quella taglia non si trovano motori da 6 kV, dovrò per forza utilizzare un trasformatore.
per quanto riguarda le perdite avendo un rendimento di 0.968 mi troverei ad avere delle perdite di 128 kW.

Ho provato ad effettuare i calcoli prendendo un motore da 4000 kW (il più grande nel catalogo MarelliMotori), il problema che ho riscontrato è che è troppo piccolo dato che mi rifasa a cosphy = 0.885 :(. Domani proverò a cercare in qualche altro catalogo e darò aggiornamenti.

Per la temperatura farò come da suggerito, grazie!
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[10] Re: Esercizio: Progettazione e calcolo compensatore sincrono

Messaggioda Foto Utentesimo122 » 11 giu 2020, 8:47

Non riuscendo a trovare un motore adatto alle mie esigenze nei cataloghi ho pensato di proseguire tramite ipotesi: ipotizzando un motore da 6 MW con rendimento = 0.96 e cosphy = 0.87 (ho abbassato leggermente il rendimento rispetto al motore da 4 MW del catalogo) mi trovo ad avere delle perdite di potenza attiva pari a 240 kW, riuscendo a rifasare ad un cosphy = 0.926, che ai fini dell'esercizio mi va più che bene :D
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