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Asincrono con alimentazione diversa dalla nominale

Domanda:

Desidero sapere i funzionamenti anomali del motore asincrono in caso di tensione maggiore e minore di quella nominale e frequenza maggiore e minore di quella prestabilita.

Risponde admin

Alla frequenza nominale, una tensione maggiore della nominale provoca un aumento del flusso magnetico, quindi aumentano le perdite nel ferro con conseguente surriscaldamento che compromette l'isolamento. Se la tensione è minore, diminuisce la coppia del motore, per cui, a parità di carico resistente, ammesso che la tensione non sia talmente bassa da non riuscire a fornire la coppia necessaria, aumenta lo scorrimento con conseguente aumento delle perdite nel rame, quindi ancora surriscaldamento pericoloso per l'isolamento. Se la frequenza aumenta rispetto alla nominale, mentre la tensione rimane uguale alla nominale, aumenta la velocità di base (a vuoto), diminuisce il flusso e la coppia corrispondente alla corrente nominale decresce. Quindi un carico che offre una coppia resistente pari alla coppia nominale del motore, costringe il motore ad assorbire una corrente maggiore della nominale, quindi una potenza maggiore della nominale, con conseguente surriscaldamento. Se la frequenza diminuisce mentre la tensione è uguale alla nominale, la velocità diminuisce ed aumenta il flusso. Aumentano di conseguenza le perdite nel ferro che arrivano a provocare ancora un intollerabile surriscaldamento.
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Commenti e note

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di Alberto,

Come possiamo stimare quanto aumenta la potenza assorbita dal motore asincrono a parità di carico applicato e con diminuzione di tensione di alimentazione del 10% rispetto alla tensione nominale di 220V?

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di aldodar,

Noto comunque che il fenomeno della potenza attiva sembra avere piu' rilevanza di quello legato alla potenza attiva. In un certo senso questo corrisponde a quanto delineato da alcune curve che correlano il carico meccanico di un motore asincrono con il suo fattore di potenza: il fattore di potenza e' pressoche' costante fintantoche' il carico non decresce nella regione del 50%. Io pero' ho riscontrato l'intervento di protezioni che di norma non vengono attivate da flussi di potenza attiva. Di fatto il motore diesel non ha sofferto di sovraccarico. Mi manca quindi un pezzo: da dove si e' originata la potenza reattiva che ha saturato l'eccitatrice del diesel-generatore. Grazie delle risposte.

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di ,

Certo che regge. Ciò che è stato descritto non è altro che quello, su più larga scala, si chiama blackout. E' stata superata la "resilienza" del sistema, cioè la capacità di resistere agli "urti", cioè a variazioni improvvise dell'equilibrio su cui si regge. La rete elettrica si regge sull'equilibrio tra la richiesta di potenza e la sua generazione. Finché le variazioni sono lente l'equilibrio è mantenuto, ma se diventano troppo rapide l'equilibrio può non essere più ristabilito. L'improvviso guasto di una centrale costringe le altre a fornire immediatamente una potenza superiore, sia attiva che reattiva: quella in precedenza fornita dalla centrale che è andata fuori servizio. Se è per una centrale ancora attiva la potenza richiesta è eccessiva, entrano in gioco le protezioni per evitare guai peggiori, e così anche quella centrale va fuori servizio. Il problema si ripropone aggravato per le rimanenti centrali, che progressivamente si sconnettono, facendo collassare il sistema.

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di aldodar,

Temo di aver confuso un po' gli argomenti. Parlo di un impianto, alimentato in isola da uno o piu' generatori la cui corrente di eccitazione e' limitata via harware ad un certo valore. L'impianto consta di un vasto parco di motori asincroni, un azionamento a frequenza variabile che pilota un grosso motore sincrono, illuminazione e riscaldamento elettrico. Mi e' successo che, a causa di un guasto meccanico, un generatore (dei due in rete) si sia fermato. L'azionamento ha proporzionalmente ridotto l'ouput di potenza attiva, ma ha peggiorato di converso il suo fattore di potenza, determinando quindi un'aumento della richiesta di potenza reattiva al generatore in rete. A causa di questo aumento la corrente di eccitazione della macchina in servizio e' aumentata fino al suo limite, che pero' non era ancora sufficiente a soddisfare la domanda del carico. La tensione di sbarra ha preso a calare fintantoche' si e' verificato un intervento delle protezioni per "voltage restrained overcurrent" (codice ANSI 51V). Tale protezione correla la tensione di generazione alla soglia di sovraccarico cosi' da intervenire con soglie di sovraccarico minori se la tensione di macchina e' minore. Cio' che io penso sia successo e' che, allo scendere della tensione, e fermo restando il carico meccanico dei miei motori asincroni (fatto dal processo), tutti i motori asincroni hanno aumentato il loro scorrimento per compensare la riduzione di coppia dovuta alla diminuzione della tensione, ed hanno pertanto cominciato ad assorbire piu' corrente. Tale corrente, secondo me, ha una componente attiva (perdite maggiori nel motore) ed anche una componente reattiva significativa (flusso minore nel motore); tale addizionale componente reattiva ha peggiorato lo stato della tensione aggiungendo ulteriore carico reattivo ad un generatore che non poteva piu' sopportarne altro. L'intervento delle protezioni ha cosi' anticipato un sovraccarico in corrente prima che questo effettivamente si verificasse. La mia teoria regge? Grazie ancora per l'aiuto.

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di ,

L'aumento dello scorrimento provoca un aumento della potenza attiva che però non diventa potenza meccanica ma calore: perdite nel rame. Se stai parlando di un asincrono ( cosa intendi di preciso con eccitazione ?), il collasso che presumo sia l'arresto del motore, penso sia avvenuto perché la diminuzione di tensione ha creato una diminuzione della coppia massima ad un valore inferiore alla coppia resistente del carico.

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di aldodar,

Ho trovato la domanda interessante e pertinente. Me la sono posta anch'io per un problema capitatomi di recente: effetti di una riduzione di tensione in un impianto causa un limite di eccitazione del generatore. Come ha esposto il prof. Martini la diminuzione di tensione ha indotto una riduzione di coppia e quindi un aumento dello scorrimento. Quello che mi interessa pero' e' procedere oltre: secondo me un aumento dello scorrimento secondo me produce un aumento della potenza reattiva assorbita dal motore (il carico meccanico non cambia, per cui se la corrente aumenta puo' solo aumentare la potenza reattiva), tale aumento ha peggiorato la situazione mettendo ancor piu' a dura prova l'eccitazione, che era al suo limite. La tensione pertanto e' ulteriormente diminuita fino al collasso del sistema, a causa di una "voltage restrained overcurrent". Un effetto domino. Ho ragione? Grazie in anticipo e complimenti per il sito.

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