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 M o d u l o  5

Macchina asincrona

Il motore asincrono trifase

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Allo scopo di poter tracciare il diagramma delle correnti statoriche (il diagramma circolare di Heyland), che consente di ottenere le caratteristiche di funzionamento della macchina, occorre eseguire:

· la misura della resistenza di fase dell’avvolgimento di statore e riportarla alla temperatura convenzionale di 75°C;

· la prova a vuoto per conoscere la corrente assorbita I_o e il relativo sfasamento φ_o;

· la prova di corto circuito per la determinazione della corrente di avviamento I_cc e del relativo fattore di potenza cosφ_cc.

La prova a vuoto si effettua alimentando la macchina alla tensione nominale U_n, senza alcun carico applicato all’albero (motore a vuoto, con scorrimento prossimo allo zero).

Dalle indicazioni di due wattmetri inseriti in Aron (fig. 1) si valutano, detratti gli autoconsumi strumentali, la potenza assorbita nel funzionamento a vuoto e il relativo fattore di potenza. La corrente assorbita e letta sull’ampermetro dà la I_o. Il suo valore può variare dal 30% al 60% della corrente di targa, mentre il cosφ_o è compreso fra 0,1 e 0,2.

In particolare, nel funzionamento a vuoto, la potenza assorbita tiene conto della perdita nel rame di statore, delle perdite nel ferro sempre di statore e delle perdite meccaniche per attriti e per effetto ventilante, secondo la relazione

Essendo il motore trifase un carico equilibrato, i due wattmetri, che forniscono le indicazioni P_A e P_B dell’inserzione Aron, consentono la misura della potenza attiva del funzionamento a vuoto, ma anche la misura della potenza reattiva con l’espressione

Generalmente il cosφ_o è dell’ordine 0,1÷0,2, cui corrisponde l’indicazione negativa di P_B.

Se la prova si esegue fornendo al motore la piena tensione è necessario, prima di alimentare il circuito, cortocircuitare le bobine ampermetriche degli strumenti: l’elevata corrente assorbita allo spunto potrebbe danneggiare i circuiti ampermetrici. Il cortocircuito si toglie quando la macchina ha raggiunto la velocità di regime.

Se si desidera separare le perdite meccaniche dalle perdite nel ferro occorre eseguire almeno una seconda prova ad un valore diverso di tensione, oppure alimentare a tensione variabile decrescente il motore, con valori che consentano al motore stesso la costanza della velocità. Per estrapolazione si possono separare le perdite meccaniche da quelle nel ferro.

 

La prova in corto circuito si effettua bloccando il rotore e alimentando lo statore con la tensione ridotta U_1cc, in grado di far circolare la corrente I_1n nominale (e conseguentemente la I_2n nel rotore).

La prova si può eseguire a corrente variabile, oppure per un solo punto, al valore I_1n nominale.

Lo scopo della prova è ricavare la corrente di spunto I_1cc, il relativo sfasamento e riportarli alla temperatura convenzionale di funzionamento.

Lo schema della prova è sempre l’inserzione Aron di fig. 1, eventualmente modificato non come schema, ma come scelta delle portate degli strumenti. Rispetto alla precedente prova a vuoto occorre tener conto che la corrente in gioco è quella nominale, mentre la tensione può ritenersi, orientativamente, intorno al 30% di quella di targa.

In corto circuito non vi sono perdite meccaniche (il rotore è bloccato) ed essendo bassa la tensione di alimentazione si trascurano le perdite nel ferro della macchina. Si possono determinare, dalla lettura del voltmetro, la tensione U_1cc e dalla lettura dei wattmetri, la perdita per effetto Joule, il fattore di potenza e quindi si possono calcolare i parametri equivalenti interni riportati allo statore ( R_e’, X_e’, Z_e’), successivamente ricalcolati alla temperatura convenzionale di funzionamento di 75°C.

Per risalire alla corrente di avviamento o di spunto, ritenendo costante l’impedenza equivalente della macchina Z_e’, si applica la proporzione

poiché non sarebbe possibile determinare la I_1cc alimentando direttamente lo statore alla tensione di esercizio.

Si ricorda infatti che la corrente assorbita allo spunto, a scorrimento unitario, può essere compresa fra 5÷7 volte la corrente nominale e la condizione di rotore bloccato danneggerebbe il motore durante le fasi di misura alla piena tensione.