Metodi diretti

Sono adatti per macchine di piccola potenza. Si deve trascinare l'alternatore in rotazione sotto carico mediante un dispositivo atto a fornire la misura diretta della potenza meccanica assorbita all'asse (ad esempio un motore tarato). La misura della potenza erogata può essere fatta mediante due wattmetri inseriti in Aron. La specifica condizione di carico si può realizzare come nei metodi diretti precedentemente descritti. Le caratteristiche del rendimento in funzione del carico hanno l'andamento studiato in teoria.

Nelle centrali idroelettriche si esegue la misura diretta del rendimento complessivo dell'installazione: per ogni condizione di carico si misura la portata d'acqua Q [m³/s] assorbita dalla turbina, il livello H [m] esistente tra il pelo libero dell'acqua a monte delle condotte forzate ed il pelo libero nel canale di scarico. La potenza idraulica spesa per l'azionamento della centrale vale allora Pi = 9,81·Q·H [KW]. Se P [KW] è la potenza elettrica misurata ai morsetti d'uscita dei trasformatori elevatori posti a valle dei generatori, sarà il rendimento dell'impianto comprensivo di tutte le perdite idrauliche, meccaniche ed elettriche.

Nelle centrali termoelettriche invece si usa comunemente esprimere il rendimento globale in modo indiretto, determinando il peso di combustibile che si deve bruciare per ogni [KWh] di energia elettrica erogata dalla centrale.

Metodi indiretti

Si basano sulla determinazione separata delle perdite:

a) Le perdite meccaniche P_m e le perdite nel ferro P_fen si possono ritenere pressoché costanti per variazioni contenute del carico, purché siano costanti la tensione d'uscita, la frequenza e la velocità. Si possono misurare col metodo della macchina sincrona funzionante come motore a vuoto. Si fa funzionare la macchina come motore a vuoto con eccitazione tale da dar luogo ad un assorbimento di corrente con f.d.p. unitario. Mediante due wattmetri in Aron si misura la potenza assorbita dal motore P₀ e, quindi:

Facendo diverse prove per diversi valori di tensione applicata si ricavano le caratteristiche (P_m + P_fe) = f(V) e mediante l'estrapolazione a V = 0 si trova il valore di P_m e, infine, per differenza, il valore delle P_fen (il procedimento e le curve ottenute sono simili a quanto già visto per il motore asincrono).

b) Le perdite per eccitazione Pec si ricavano in base alla resistenza complessiva degli avvolgimenti induttori e del reostato di campo ed alla corrente di eccitazione secondo la relazione Pec = (R_AI + R_C)·Ie² . Se l'alternatore è provvisto di una dinamo eccitatrice coassiale, si devono considerare anche le perdite nella dinamo per cui l'espressione delle perdite diventa:

c) Le perdite nelle spazzole Ps sono convenzionalmente poste pari a Ps = 2·Ie [W].

d) Le perdite Joule nell'indotto P_J = 3·R₀·I² [W].

e) Le perdite addizionali P_AD.

Tali perdite possono essere determinate facendo una prova come generatore in cortocircuito con corrente nell'indotto uguale a quella nominale ed eccitazione ridotta. Infatti misurando con un motore tarato la potenza meccanica che l'alternatore assorbe e detraendo da tale potenza le perdite meccaniche e le perdite per effetto Joule negli avvolgimenti d'indotto (le perdite nel ferro si possono trascurare) quello che rimane sono appunto le perdite addizionali.

Le perdite addizionali si possono anche determinare facendo una prova della macchina funzionante come un motore sincrono a vuoto e con l'eccitazione regolata in modo tale da assorbire dalla rete la corrente nominale. In tali condizioni la potenza elettrica assorbita dalla rete rappresenta la somma delle perdite addizionali, delle perdite nel ferro, delle perdite meccaniche e delle perdite per effetto Joule nell'indotto così che, note le altre perdite, è possibile calcolare quelle addizionali.

Se P_E è la potenza elettrica erogata dall'alternatore (misurabile con un'inserzione Aron), il rendimento indiretto si calcolerà come:

Osservazione: quanto detto vale anche per il motore sincrono. Ovviamente in tale caso il rendimento è da intendersi come rapporto tra la potenza meccanica P_M erogata all'albero e la potenza ( P_M + P_P ) [W].

Osservazione: per il calcolo delle perdite Joule, sia quelle del circuito d'eccitazione che quelle del circuito d'indotto, bisogna fare riferimento alle resistenze riportate alla temperatura convenzionale di riferimento. Le perdite addizionali non devono essere invece riportate alla temperatura convenzionale di riferimento.

Macchine sincrone
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