Terza e Quarta Ele AS 2007/08 2008/09

Compito in classe Febbraio Marzo 2009

Preparazione di simulazioni di semplici circuiti elettrici utilizzando un simulatore gratuito Multisim.

Abbiamo utilizzato un archivio gratuito:

DATI ACCOUNT gmail: conosciuti dagli allievi della quarta Ele as 2008/09







LINK FILE:

http://www.4shared.com/file/96505216/b98a8dff/Simulazioni_elettrotecnica.html



Se il vostro computer non possiede winrar potete scaricarlo gratuitamente scaricandolo da Internet.-

Per le istruzioni riguardanti multisim bisogna leggere nei file che accompagnano le relazioni degli allievi.

Buon lavoro e complimenti ad un gruppo limitato degli allievi di Quarta Ele.

 

Nella cartella troverete i file e le spiegazioni di cinque simulazioni con le relative spiegazioni.

 

In un trasformatore ideale nel quale sono presenti le

seguenti caratteristiche per essere tale:

 - accoppiamento perfetto tra le due bobine;

 - perdite trascurabili sia nel ferro che nel rame;

 - bassa riluttanza nel circuito magnetico.

possiamo definire il rapporto spire (m) come il rapporto

tra il numero di spire del primario (N1) e il numero di

spire del secondario (N2) quindi: m=N1/N2.

Mentre il rapporto di trasformazione (K) è dato dal

rapporto tra la tensione in entrata (V1) e la tensione in

uscita (V2)cioè: K=V1/V2 ed è uguale al rapporto spire:

K=m=N1/N2=V1/V2.

Considerando invece il rapporto tra le correnti che

circolano negli avvolgimenti possiamo dire che è

inversamente proporzionale al rapporto spire data la bassa

riluttanza:m=i2/i1

Infine possiamo scrivere che : m=N1/N2=V1/V2=i2/i1.

Quindi si può concludere che in un trasformatore ideale

la potenza in entrata è uguale alla potenza in uscita in

ogni istante.

                                    Fabio J.,Michele C.,Michael S.

 Il trasformatore basa il suo funzionamento sul principio dell'induzione magnetica per trasferire energia.

 Lo scopo di tale macchina elettrica consiste nel Alzare o abbassare la tensione [V] tra due circuiti mantenendo costante (escluse le perdite di energia) il valore di potenza [P]. Per comprendere meglio il suo funzionamento è necessario conoscere la sua struttura fisica:







il trasformatore è costituito da due solenoidi avvolti intorno a un nucleo di ferro o di un altro materiale ferromagnetico, rispettivamente di N1 ed N2 avvolgimenti.















La corrente [I] che scorre sull' avvolgimento del primario induce una corrente sul secondario grazie all'azione del un campo magnetico che si è venuto a creare (campo magnetico indotto), in questo modo si sarà creata una corrente che sarà inversamente proporzionale al rapporto N1 / N2, mentre la tensione ne sarà direttamente proporzionale. Un sistema molto rapido per calcolare la tensione sul secondario consiste nel moltiplicare la tensione sul primario per il rapporto tra N1 / N2 ( V2 = V1 * (N1/N2)).

Novembre 2008 Ricerca guidata sui Trasformatori Isitip Verrés classe 4 Ele  1. Lo scopo di questa ricerca è il seguente : imparare il lavoro in gruppo; eseguire ricerche e rispondere in modo esauriente e soddisfacente alle sollecitazioni dell'insegnante; Imparare a studiare seguendo le proprie esperienze e conoscenze; Impostare un lavoro in modo autonomo; Imparare sia dall'insegnante ma anche e sopratutto dalla propria esperienza; comunicare in merito al lavoro effettuato. Il lavoro dovrà essere utilizzabile per i compiti in classe, per la pubblicazione su Internet sia su questo blog che sul portale della scuola. I file dovranno essere sempre disponibili per lavori futuri e non si dovranno accampare scuse tipo: non ho la memory pen, non ho il quaderno e così via. Le risorse sulle quali andare a ricercare sono: http://www.scuolaelettrica.it/elettrotecnica http://www.electroportal.net/ http://www.elettronet.it/ http://www.aei.it/ita/ http://www.enel.it/ http://energiaingioco.enel.it/ Le domande alle quali dovrete rispondere: Cos'è una macchina elettrica? Da cosa è costituito un trasformatore? Quale è il funzionamento di un trasformatore? Collegamento dei trasformatori Discussione su N1/N2   V1/V2     I1/I2 Trasformatore in regime sinusoidale Transitorio termico Cos'é il diagramma di Kapp? Come si ottiene il massimo rendimento di un trasformatore? · La valutazione terrà conto dei seguenti punti: Materia Elettrotecnica · Completezza delle risposte · Facilità di lettura · Profondità di analisi e di giudizio · Coinvolgimento personale . Organizzazione del lavoro di gruppo - Chiarezza e sintesi - Originalità - Collegamento tra le varie domande - Tempo impiegato. - Schemi utilizzati Si ringraziano le seguenti persone © Francisco Muñoz de la Peña: Aula Tecnológica Siglo XXI - http://www.aula21.net /© Alejandro Valero: Páginas dispersas - http://fresno.cnice.mecd.es/~avaler3/ traduzione italiana di Marco Guastavigna - http://www.noiosito.it

Circuito risonante parallelo

In un circuito come in figura costituito da un resistore G, un induttore ed un condensatore collegati in parallelo(o anche detto circuito R-L-C), si avrà risonanza quando Xc =XL;in tal caso il circuito presenta la sola resistenza R, anche se L e C percorse da corrente.

La frequenza e la pulsazione di risonanza sono le stesse sia in serie che in parallelo e valgono:

ƒr=1/(2π√LC)   

ωr=1/(√LC)

Se manca la resistenza il circuito risonante parallelo equivale ad un circuito aperto.

Rappresentazione vettoriale  delle  sinusoidi

Le operazioni lineari, se seguite punto per punto sulle sinusoidi, risultano laboriose.

E’ tuttavia possibile semplificare notevolmente i calcoli utilizzando la corrispondenza fra sinusoidi e vettori.

Se un vettore rotante con velocità angolare ω uniforme e se ne proietta l’estremo sull’asse y si osserva che ha andamento sinusoidale nel tempo, con periodo T=2p/ ω e frequenza f= ω /2p². L’ampiezza e pari al modulo del vettore e la sua fase coincide con l’angolo formato con l’asse di riferimento dal vettore.

Per convenzione il modo del vettore viene posto uguale al valore efficace della sinusoide; avente valore efficace Y e fase φ, si può abbinare il vettore Y, ruotato dall’angolo f rispetto all’asse.

Esso viene indicato con il simbolo φ,ed avrà espressione

Y(vettore) =Y• φ

Mentre l’ampiezza della sinusoide risulta:

Ymax=v2•Y

Osserviamo che il vettore non fornisce alcuna spiegazione sulla frequenza;

essa deve essere conosciuta e deve essere la stessa per tutte le sinusoidi considerate nello stesso calcolo.

 

Vediamo ora le operazioni lineari fra sinusoidi sui corrispondenti vettori.

 

Somma: dopo aver trasformato le varie sinusoidi nei corrispondenti vettori si esegue la normale somma vettoriale.

 

Moltiplicazione e divisione per uno scalare S :la fase si mantiene ma il modulo viene moltiplicato o diviso per lo stesso scalare S.

 

Rotazione di fase:il modulo si mantiene ma l’angolo φ viene ruotato (in  senso orario se φ negativo,o antiorario se φ positivo).

 

Prodotto di un vettore per un operatore vettoriale: da un vettore Y(vettore) ed un vettore S(vettore), che rappresentano un operatore vettoriale, il loro prodotto P(vettore)  e ha modulo pari a S(vettore)  ed Y(vettore) e fase pari alla somma di Y e di S.

 

Divisione di un vettore per un operatore vettoriale: se il vettore Y(vettore) viene diviso per S(vettore), il modulo U(vettore)  è pari a Y/S e la fase pari alla differenza di Y(vettore)  e S(vettore). 

Circuito puramente capacitivo

 

Se si collega un condensatore ideale a un generatore sinusoidale con fase uguale a 0 la tensione istantanea è data da :

v= Vmax sen(wt)=√2V sen(wt)

Si ricorda che, quando si applica una tensione ai capi di un condensatore inizialmente scarico, si ha un movimento immediato degli elettroni dall’armatura resa positiva dal generatore fino a raggiungere l’altra armatura che acquista così il potenziale negativo.

Quindi l’ equazione fondamentale del condensatore esprime il legame fra la tensione e la corrente istantanea :

i= C dv/dt

 

Dall’andamento temporale della tensione e della corrente a regime in un circuito capacitivo puro si osserva che:

·        quando il condensatore è scarico, in quell’istante la corrente è massima;

·        quando la tensione comincia a crescere si ha la carica del condensatore;

·        il condensatore è carico quando la tensione ai capi è massima (corrente nulla);

·        nell’intervallo di scarica la tensione ai capi diminuisce passando dal valore massimo a zero, mentre       la corrente cresce da zero al valore massimo;

·        nel semiperiodo negativo della tensione si ripetono l’analoga fase di carica e di scarica.

·        Con tensione decrescente la corrente aumenta e viceversa con tensione crescente.

La corrente in questo tipo di circuito risulta essere in anticipo rispetto alla tensione di 90° di conseguenza il valore istantaneo sarà dato da :

i=wC√2Vcos(wt)          

usando i numeri complessi si può semplificare e si ricava :       Ivett=jwCVvett

Nel caso invece ci fosse un generatore di corrente la tensione sarebbe data dalla formula :

Vvett= -j [1/(wC)]Ivett

Da queste equazioni si può quindi ricavare la formula per calcolare la reattanza capacitiva. la reattanza è la parte immaginaria dell'impedenza* ed è causata dalla presenza di induttori e/o condensatori nel circuito. La reattanza produce una differenza di fase tra la corrente e la tensione del circuito. La reattanza è simbolizzata con la lettera X ed è misurata in ohm.

Xcvett= 1/(jwC);                                    Xc= 1/(wC);                                                     jc=-90°;

 

Le espressioni di corrente e tensione diventeranno quindi :

Ivett = (+j/Xc)Vvett;                         Vvett=-jXcIvett;

Se si pone per comodità  Xcvett= -jXc  si ottiene :

Vvett = Xcvett Ivett

 

 

*L'impedenza è una grandezza fisica vettoriale che rappresenta la forza di opposizione di un bipolo al passaggio di una corrente elettrica alternata.

MISURE DI PROTEZIONE CONTRO I CONTATTI DIRETTI:



PROTEZIONE TOTALE



Isolamento



Le misure di protezione totali consistono nell’isolamento delle parti attive e nell’uso di involucri o barriere. Le parti attive devono essere ricoperte completamente da uno strato di isolante avente spessore adeguato alla tensione nominale verso terra del sistema elettrico ed essere resistenti agli sforzi meccanici, elettrici, termici e alle alterazioni chimiche cui può essere sottoposto durante il funzionamento. Se si considera per esempio un cavo elettrico, per renderlo resistente alle normali sollecitazioni meccaniche occorre adottare un’appropriata modalità di posa (Cavo armato o concentrico, tubi protettivi, passerelle, cunicoli, interrati ad almeno 0,5 m, segnalati e protetti con mattoni, tegole ecc..). Vernici, lacche, smalti e prodotti simili non sono considerati idonei a garantire una adeguata protezione contro i contatti diretti.



· Involucri e barriere





L’involucro garantisce la protezione dai contatti diretti quando esistono parti attive (ad es. morsetti elettrici) che devono essere accessibili e quindi non possono essere completamente isolate. La barriera è un elemento che impedisce il contatto diretto nella direzione normale di accesso. Questi sistemi di protezione assicurano un certo grado di protezione contro la penetrazione di solidi e di liquidi. Le barriere e gli involucri devono essere saldamente fissati, rimovibili solo con attrezzi, apribili da personale addestrato oppure solo se l’accesso alle parti attive è possibile dopo avere aperto il dispositivo di sezionamento con interblocco meccanico o elettrico. In ogni caso il personale addestrato deve di regola sezionare il circuito prima di operare su parti attive o nelle loro vicinanze. In alcuni casi di comprovata necessità e solo con l’approvazione del diretto superiore e dopo aver preso le necessarie misure di sicurezza, è ammesso lavorare su parti in tensione non superiore a 1000 V. L’interruttore differenziale con corrente nominale d’intervento non superiore a 30mA è riconosciuto come protezione addizionale (non è riconosciuto come unico mezzo di protezione) contro i contatti diretti in caso di insuccesso delle altre misure di protezione o di incuria da parte degli utenti.



GRADO DI PROTEZIONE





Per identificare il grado di protezione, convenzionalmente in sede IEC si è adottato un codice composto dalle lettere IP seguite da due cifre ed eventualmente da un terza lettera addizionale.La prima cifra indica il grado di protezione contro i corpi estranei e contro i contatti diretti, la seconda contro la penetrazione di liquidi mentre la lettera addizionale (deve essere usata solo se la protezione contro l’accesso è superiore a quella definita con la prima cifra caratteristica) ha lo scopo di designare il livello di inaccessibilità dell’involucro alle dita o alla mano, oppure ad oggetti impugnati da una persona. Deve essere assicurato almeno il grado di protezione IPXXB ( si possono avere aperture più grandi per permettere la sostituzione di parti, come ad esempio alcuni porta lampade e fusibili, purché in accordo con le relative norme) e il grado di protezione IPXXD per le superfici orizzontali delle barriere o degli involucri che sono a portata di mano (a portata di mano sono da intendere le pari conduttrici poste nel volume che si estende attorno al piano di calpestio, normalmente occupato o percorso da persone, delimitato dalla superficie che una persona può raggiungere con la mano estendendo completamente il braccio senza l’uso di mezzi ausiliari).





DIRECT CONTACTS PROTECTION

TOTAL PROTECTION





INSULATION









Total protection measures consists in the insulation of active parts and in the usage of shells or barriers.



Active parts must be covered entirely with a shell of insulator material whose thickness must be adequate to the system’s nominal voltage to ground and must be able to withstand mechanical, thermal and electrical stresses as well as chemical alterations which will probably occur during functioning. If we take an electrical wire as an example, a proper way of laying ( such as using armed wires, protective pipes, underground tunnels, undergrounded at least at 0.5 cm. It all must be signaled as well) is necessary to make it able to withstand normal mechanical excitations.  Paints, lacquers, enamels and similar products  are not considered eligible to grant an adequate protection for direct contacts.



SHELLS AND BARRIERS

A shell grants direct contact protection whenever active parts that must be accessible (e.g. electrical terminals) and then not possibly completely insulated are located.



A barrier is an element preventing direct contact in the normal way of accessing. These systems grant a noticeable grade of protection against liquids and solids penetration.

 Barriers and shells must be firmly fixed, removable only with specific tools, possibly opened only by qualified staff or else only if direct contact’s accessing is possible only after opening the device by plugging in a mechanical or electrical interlock. In any case the trained staff must section the circuit whenever they operate on active parts or in their whereabouts. In some cases of proved necessity, only with the direct superior’s  permission and after taking the necessary precautions, working on active parts (whose voltage must anyway not exceed 1000V) is allowed. Differential switches with intervention current not superior to 30mA are considered as additional protections (thus not recognized as only way of protection) for direct contacts in cases of malfunctioning of other means of protection or users’ carelessness.



PROTECTION GRADE

To identify protection grade, IEC has adopted a code: it is composed by IP followed by two numbers and sometimes by another letter. The first number indicates the grade of protection offered against external bodies and direct contacts, the second against liquid penetration whereas the additional third letter ( used only if the access protection is superior to the one identified with the first number) has the purpose of quantifying the inaccessibility level of the shell for fingers or hand, or for tools held by a person. At least the IPXXB grade must be assured ( bigger openings are allowed for device changing, as lamp-holders or fuses, as long as according to their related norms) and IPXXD grade for easily reachable barriers and shells’ horizontal surfaces  ( for easily reachable surface is intended the same conductors located in the volume extending around the shuffling ground, normally occupied or crossed by people, limited by the surface that can be reached by a man with his hand completely extending his arm and without the aid of  auxiliary means).

DI STEFANO L. (ricerca - pubblicazione) & FRANCESCO B. (traduzione)

CIRCUITO R-C IN SERIE

Se il circuito esaminato è quello in figura, nel quale sono collegate in serie una resistenza ed una capacità, si ottiene:

V=R*I

Vc= -j*(1/ωC)*I=jXcI

V=Vr+Vc=I(R-jXc)



Definendo ancora l'impedenza come rapporto tra tensione e corrente si ottiene :

Z=V/I=R-jXc)



L'impedenza del circuito R-C è detta homico-capacitiva e si differenzia da quella homico-induttiva dei circuiti R-L per il segno della reattanza.

-per i circuiti homico-induttivi Z=R+jXl

-per i circuiti homico-capacitivi Z=R-jXc



Per qualunque tipo di impedenza vale comunque la relazione V=Z*I, identica nella forma alla legge di Ohm, nella quale compaiono ora i numeri complessi. La legge di Ohm, vista in corrente continua, costituisce un caso particolare nel quale si pone ω=0.


Tutti i teoremi , i principi visti per la risoluzione delle reti lineari in corrente continua sia in progetto sia in analisi, restano validi in regime sinusoidale, purchè si operi nel campo dei numeri complessi o in quello dei vettori in forma polare.

Con queste premesse i principi di Kirchhoff in regime sinusoidale vengono enunciati come in corrente continua, sostituendo le parole “somma algebrica” con “somma vettoriale”.

Analogalmente tutte le relazioni viste in corrente continua restano valide, utilizzando i numeri complessi al posto dei numeri reali.


di Stefano L.