Determinazione della cifra di perdita di materiali magnetici Giogo di Epstein Determinazione della cifra di perdita di materiali magnetici

Richiamiamo alcuni concetti I materiali magnetici sottoposti a induzione variabile danno luogo a perdite per isteresi e per correnti parassite.

Richiamiamo alcuni concetti Le perdite per isteresi sono legate alle proprietà magnetiche del materiale. Sono rappresentate dall'area del ciclo di isteresi.

Ciclo di isteresi

Richiamiamo alcuni concetti Le perdite per isteresi si riducono utilizzando materiali con ciclo di isteresi “stretto”.

Richiamiamo alcuni concetti Le perdite per correnti parassite riguardano invece le proprietà elettriche dei lamierini. Le perdite per correnti parassite si riducono laminando i nuclei delle macchine elettriche.

Richiamiamo alcuni concetti Il progettista di macchine elettriche deve essere in grado di valutare “a tavolino” le perdite nel ferro che avrà la macchina in progettazione. Il costruttore dei lamierini deve dichiarare al progettista la cifra di perdita (Cp) del materiale prodotto.

Richiamiamo alcuni concetti La cifra di perdita è la potenza persa in 1 kg di materiale magnetico sottoposto all'induzione sinusoidale di 1 T e a frequenza di 50 Hz. La sua unità di misura è W/kg.

Richiamiamo alcuni concetti Per le lamiere a cristalli orientati la Cp è definita per una induzione di 1,5 T.

Richiamiamo alcuni concetti Il progettista, una volta scelto il materiale, valutata l'induzione nel nucleo e, determinata la sua massa, può determinare le perdite nel ferro attese.

Richiamiamo alcuni concetti Pfe = Cp * (B/B0)2 * (f/f0)x * m [W] Dove: Cp è la cifra di perdita del materiale B è l'induzione fissata nella progettazione Bo è l'induzione a cui si riferisce Cp

Richiamiamo alcuni concetti Pfe = Cp * (B/B0)2 * (f/f0)x * m [W] f è la frequenza per la quale viene progettata f0 è la frequenza per la quale è definita Cp x è un esponente che varia tra 1 e 2 a seconda che siano preponderanti le pi o le pcp (di norma si prende 1,6) m è la massa del nucleo

Il giogo di Epstein Il giogo è un apparecchio che consente di misurare la cifra di perdita di lamierini magnetici.

Il giogo di Epstein

Il giogo di Epstein Esso si presenta come un trasformatore con 4 lati della lunghezza di 50 cm. In ciascun lato sono presenti 2 avvolgimenti da 150 spire l'uno. I lamierini che sono inseriti all'interno dei tubi recanti gli avvolgimenti sono per 2 lati tagliati nel verso della laminazione e per gli altri 2 ortogonali a questo.

Il giogo di Epstein Teoricamente non dovrebbe essere possibile distinguere primario da secondario; in realtà uno dei due avvolgimenti è di sezione ridotta perché durante il funzionamente è percorso da una corrente molto piccola. Se si scambiano primario e secondario si rischia di danneggiare l'apparecchio!

Vediamo ora lo schema di inserzione... Il giogo di Epstein Vediamo ora lo schema di inserzione...

Il giogo di Epstein

Il giogo di Epstein L'alimentazione è realizzata mediante un generatore sincrono (alternatore). Tale macchina permette di avere una tensione alternata sinusoidale variabile sia nel valore che nella frequenza. Affinché la tensione generata dall'alternatore sia perfettamente sinusoidale è necessario che la sua potenza nominale sia molto più grande (almeno 5 volte) della potenza assorbita dal circuito di misura e dall'apparecchio di Epstein.

Il giogo di Epstein Il wattmetro misura la potenza assorbita dall'apparecchio di Epstein. Deve essere a basso cosf. Si nota che l'equipaggio voltmetrico del wattmetro è sottoposto alla tensione d'uscita dell'apparecchio di Epstein e non alla tensione U1. L'indicazione del wattmetro [W] sarà più prossima alle sole perdite nel ferro che non nel caso del collegamento della voltmetrica al primario.

Il giogo di Epstein La corrente assorbita dall'apparecchio di Epstein è molto più grande della corrente che un analogo trasformatore assorbirebbe a vuoto. L'assemblaggio del provino porta inevitabilmente ad un nucleo avente traferri molto più estesi di quelli di un trasformatore e, di conseguenza, al richiamo di una corrente magnetizzante notevolmente più grande.

Calcoli preliminari La massa del provino è di 10 kg La lunghezza totale è di 0,2 m La massa volumica r è di 7700 kg/m3 N1 = N2 = 600 spire

Calcoli preliminari Il volume del provino è V=m/r=1,30*10-3 m3 La sezione del provino è A=V/l=1,30*10-3/0,2=0,65*10-3 m2 Faremo misure con induzioni comprese tra 0,6 e 1,4 T Non potendo misurare l'induzione, dobbiamo misurare la E corrispondente.

Calcoli preliminari E=4,44 f BM A N Calcoliamo quindi ciascun valore di E che corrisponde all'induzione desiderata.

Procedimento Si monta il circuito elettrico Si avvia il motore schrage e ci si porta a n0 Si alimenta e regola l'eccitazione fino a giungere alla tensione prefissata Si leggono gli strumenti Si procede analogamente per tutti i valori

Perché si fanno più misure? Procedimento Perché si fanno più misure?

Procedimento Per fornire un grafico Cp=f(BM) in modo tale che anche con induzioni diverse da 1 T sia possibile individuare le perdite nel ferro del materiale.

Procedimento N.B. Alle indicazioni del wattmetro va tolto l'autoconsumo di voltmetro e wattmetro. La potenza misurata è relativa a 10 kg di materiale!!!

Procedimento Eseguendo poi una misura a frequenza diversa (es. 60 Hz) e valore di induzione pari a 1 T (rifare i calcoli: f è cambiata!), è possibile fare una separazione di perdite per isteresi e perdite per correnti parassite.

Procedimento Si può infatti mettere a sistema: Pfe1=ki*f1+kcp*f12 e ricavare i coefficienti interessati (riferiti a 1 T!)