CONDENSATORE E MOTORE MONOFASE

[morris]

Buon giorno - e buon anno 2018  - a tutti! Mi scuso se apro una nuova discussione su questo argomento, teoricamente dovrebbe essere un argomento abbastanza consueto ma non sono riuscito a trovare nulla di attinente ai miei dubbi nell' elenco dei forum. Se ho guardato con troppa superficialità chiedo scusa!

Mi spiego. In una stanza da bagno senza finestre, ho, praticamente "da sempre" una ventola per l' estrazione dell' aria: cioè ci abito da quasi 25 anni ma era quella già da prima, e periodicamente mi da problemi. Stiamo parlando di una centrifuga della ditta OERRE da 90 W circa, con portata 300 m cubi / ora. Per quello che ho capito, si usano le centrifughe e non le normali assiali nel caso in cui la girante non butta in aria libera ma in una condotta che sale fino al tetto, ed è il mio caso. Purtroppo l' accesso alla condotta è posto talmente sacrificato all' angolo tra due pareti che volendo sostituirla dovrei trovare qualcosa esattamente uguale di forma e dimensioni, e naturalmente la ditta questo modello non lo fa più. Oppure procedere a rotture di muro o a giri strani con tubi di raccordo. Allora ho ritenuto di ripararlo per l' ennesima volta. E veniamo al punto. Un paio di volte i problemi erano di ordine meccanico, del tipo bronzine bloccate o quasi, tuttavia 2 o 3 anni fa avevo dovuto sostituire il condensatore di avviamento (non l' ho scritto ma è un motore monofase a induzione). Ricordo che l' originale era circa un 3uF se non sbaglio, e io avevo trovato un 4, montato, ripartita subito senza altri problemi. Alcuni giorni fa ancora stesso problema: prima stentava  ad avviarsi ma ce la faceva, poi gradualmente nessun auto avviamento se non aiutandola a mano.....quindi staccata da muro ed aperta. Con mia sorpresa, il motore girava abbastanza libero; dopo avere ripulito di tutta la polvere accumulata, girava liberissimo ma riprovata al banco ma ancora non si avviava; allora ho pensato ancora al condensatore: me ne sono fatto dare ancora uno uguale da 4 micro, ma con l' intesa che se non partiva il negoziante me l' avrebbe sostituito con un 6 (non si sa mai, ho pensato....).. Provato con il 4 uF è partita subito, ed ho lasciato quello, quindi deduco che la capacità era corretta e il non funzionamento era dato da un degrado (forse anche i 3 uF originali sarebbero bastati). Però per curiosità ho verificato con il multimetro digitale la tensione SUL condensatore sempre alimentato dopo l' avviamento, ed era di ben 370 V (efficaci). Ora, è vero che sul condensatore la tensione minima garantita era di 400 V, per mi pare 10000 ore, poi si passava a 450 per 3 o 5000 ore e quindi al massimo 520 V per un migliaio di ore....però per quanto ne so, a 230V efficaci corrisponde una V max di 1,41 volte tanto, cioè 324 V, e quindi a 370 saranno 521, quindi ai limiti estremi di quanto indicato sul condensatore. Veniamo alle domande. La prima è proprio questa: può essere che nonostante l' uso molto saltuario, esagerando potremmo dire 500 ore l' anno, il degrado del condensatore è dovuto al lavorare ai limiti della tensione? Ciò sarebbe coerente con  le 1000 ore indicate. E una seconda: oltre al degrado precoce, potrebbe esplodere come un elettrolitico? Dalla prima domanda ne nasce un altra: se il circuito è quello, avvolgimenti con una certa R ed una certa L ben definite costruttivamente, come può essere ridotta tale tensione sul condensatore? E una terza......i miei ricordi sulla teoria del motore asincrono trifase sono un poco offuscati, figuriamoci sul monofase a condensatore! Però so che la capacità serve a creare uno sfasamento elettrico tra le due tensioni sulle due sezioni di avvolgimento che alla fine sono alimentate in parallelo per creare la coppia di avviamento, e nel caso teorico dovrebbe essere 90°. Ma come sono legate tra loro le grandezze? Ragioniamo un attimo.....la Xc reattanza capacitiva è inversamente proporzionale alla capacità,quindi per es. un condensatore da 3uF a parità di frequenza produce reattanza doppia di uno da 6 uF. Se questo elemento Xc viene inserito in un ramo dove sono già presenti R e XL ben definite, per teoria del partitore, a parità di tensione di alimentazione  con 3 uF  dovrei avere ai capi del solo condensatore  una tensione doppia rispetto ai 6 uF, quindi se volevo sollecitare meno il condensatore avrei dovuto aumentare la capacità? Però qui il circuito non è una semplice impedenza a se stante, c' è  il rotore che gira, quindi un effetto di reazione elettromagnetica che sostiene la coppia motrice e richiama in proporzione corrente, vale ancora il discorso del semplice partitore o i calcoli sono completamente diversi? Inoltre, e qui la finisco, avevo letto da qualche parte forse qui sul forum stesso, che un calcolo semplificato C rispetto  a W, poteva essere di circa 2  / 5 uF ogni 100W, quindi ci saremmo anche; tuttavia non ci sono accenni  ai valori di tensione. 

Chiedo scusa se mi sono dilungato, ma nell' esposizione di problemi tecnici non ho mai avuto il dono della sintesi.......Grazie a chi vorrà leggere e magari portare qualche contributo!

[Livio Orsini]

9 ore fa, morris scrisse:

Però per curiosità ho verificato con il multimetro digitale la tensione SUL condensatore sempre alimentato dopo l' avviamento, ed era di ben 370 V (efficaci).

 

Se alimenti il tutto con una linea monofase a 230 V ai circa 650Vpp.

Se il condensatore è targato come 400V_L ,o 400 Veff, è previsto per circa 1150Vpp.

[morris]

OK, grazie Livio. Sì, i 650 V picco picco corrispondono ai 324 / 325 da me calcolati solo per la semionda partendo dal valore di 230 efficaci, fin lì non ci piove. Ma io ho misurato effettivamente col tester circa 370 V eff proprio sul condensatore, che è accessibile tramite fastons. Mettiamo pure che il tester sia poco preciso, ma non penso che mi indicasse un valore pari al max anzichè efficace, siamo in alternata e dovrebbe comunque indicare un valore medio nel periodo.....e in più è stato misurato non in fase di avviamento ma a regime, quindi permanente. Volevo capire se e come questo valore di c.d.t. sulla parte capacitiva dell' impedenza fosse influenzato sia dal valore di C che anche dalle reazioni di armatura, essendoci un indotto in rotazione. 

[Livio Orsini]

Non è un problema così facile ed immediato come fossero due resistori in serie.

 

Tu hai una capacità in serie ad un'induttanza, di cui ignori il valore; l'induttanza è l'avvolgimente ausiliario del motore.

 

In pratica, se disegni il diagramma vettoriale del tuo circuito, hai un vettore che è la corrente circolante nel condensatore e nell'avvolgimento; questo è il vettore comune e di riferimento, perchè si tratta di u circuito serie.

Ci sono poi due vettori sfasati di 90° (teorici, in pratica meno perchè ci sono i parassiti LCR), in anticipo e in ritardo, rispetto al vettore di corrente, che rappresentano la caduta di tensione sulla capacità e quella sull'induttanza.

Componendo i vettori di tensione reattiva si arriva alla tensione totale, quella di rete di 230Vrms. Il vettore della tensione di rete risulterà sfasato in ritardo o in anticipo, rispetto alla corrente, in funzione del rapporto delle grandezze delle componenti capacitiva ed induttiva.

Mettendola in formule avremo, e trascurando la componente resistiva:

Vc = - jX_c * I

Vl = jX_L * I

230 = (- jX_c * I) + (jX_L * I) = I * j (X_L - X_c)

Considerando anche la componente resistiva, pari a 2 - 4 circa, avremo

Z = R + j((X_L - X_c) quindi

230 = Z * I.

La fase della tensione sarà data dall'angolo   φ = arctan[(X_L−X_C)/R].

 

Volendo disegnare un diagramma dei vettori si parte con un vettore conicidente con l'asse X che rappresenta la corrente; la tensione V_R, sarà anch'essa sull'asse X, perfettamente in fase con la corrente. Mentre le tensioni V_L e V_C, saranno 2 vettori esattamente sfasati di 90° rispetto alla corente; la somma vettoriale dei due darà un vettore la cui ampiezza e fase sarà pari alla differenza dei 2. La composizione tra questo vettore e quello relativo alla componente resistiva darà la risultante che nel nostro caso deve avere ampiezza pari a 230V e fase dipendente dai valori di C, L e R.

 

 

Ho caricarto un'immagine prelevata da questo documento, perchè non avevo nessuna voglia di disegnare e scannerizzare una nuova immagine.

 

PS Spero di non aver commesso errori perchè son quasi 60 anni che non mi diletto più con questi giochetti.

[morris]

Grazie mille per la esauriente spiegazione. Le formule le guarderò con più calma ma penso non ci siano errori, e il diagramma mi pare sicuramente confacente al caso. Anche io non avevo dubbi sul fatto che le somme fossero vettoriali e non algebriche e quindi lei ha giustamente introdotto l' operatore immaginario j dei numeri complessi (io onestamente non ci avrei pensato a metterla giù così, avrei probabilmente optato per la meno sintetica e meno elegante versione trigonometrica ma non cambia nulla - per me non sono 60 anni ma comunque più di 40 e non ho praticamente mai avuto modo di ricorrere a queste formule per il mio lavoro.....). Allora mi piacerebbe scavare un pò più in profondità, ma da solo non ci arrivo, mi manca qualcosa sempre.... Anche non avevo dubbi che la tensione risultante non potesse essere superiore ai 230 V della alimentazione; però.....se - ipoteticamente, non per forza nel caso del mio motorino -  fosse una condizione prossima alla risonanza, non sarebbe possibile che i singoli valori di tensione su L e su C possono essere ben più elevati del totale e che poi si compensano fra loro e l' esterno alla fine vede quasi solo la componente resistiva?

 

Seconda questione, qui stiamo sempre trattando la cosa  come un circuito a se stante con 3 elementi R.L,C in serie. Ma il fatto che sia parte di un motore, non può comportare che il rotore che gira si comporta come un generatore - la famosa reazione d' armatura - e quindi va a contribuire ad una variazione sulle singole tensioni dell' avvolgimento induttore? 

 

E' chiaro che a questo punto sono curiosità fine a se stesse, oramai il condensatore l' ho montato e il motore ha ripreso a girare....se non trovo una ventola da sostituire vorrà dire che tra un migliaio di ore rifarò lo stesso lavoro.....Grazie ancora per la pazienza!

[Livio Orsini]

No il motore è un carico, cioè assorbe corrente, del generatore che è la rete.

Quando lo disalimenti e ruota ancora per inerzia, potrebbe comportarsi da generatore.

 

13 ore fa, morris scrisse:

fosse una condizione prossima alla risonanza, non sarebbe possibile che i singoli valori di tensione su L e su C possono essere ben più elevati del totale e che poi si compensano fra loro e l' esterno alla fine vede quasi solo la componente resistiva?

 

Dovresti conoscere il valore di L; conosci il valore di C, ricavati il valore di L affinchè il circuito risuoni a 50Hz e poi vedi se può essere un valore compatibile.

[morris]

OK, grazie ancora. Avevo pensato quando era ancora smontato a fare qualche misura, ma poi non ho completato avendo soltanto rilevato al tester il valore ohmico che era sui 125 / 130 ohm. Pensandoci, avrei potuto fare una specie di prova di corto circuito: separazione dei due avvolgimenti, alimentazione del solo ausiliario dopo bypass del condensatore con cavallotto quindi  solo R e L in serie e rotore bloccato , e veloce misure delle tensioni e correnti....prima che bruciasse tutto!  Poi per via matematica, note V, I ed R ricavare XL e quindi L.....Vabbè, oramai è andata così. Ho preso misure e foto e cercherò una ventola sostitutiva; e  se la trovo, la vecchia finisce in "sala prove"!

Buon anno a lei Livio e chiunque legge!

[Livio Orsini]

Se misuri la corrente assorbita dal circuito ausiliario ti puoi calcolare sia la R che la XL, avresti solo due incognite che potresti ricavarti da un sistemino di 2 equazioni.

La R di 150 ohm mi sembra un po' esagerata, però non ho esperienza su questi motorini.

[morris]

22 ore fa, Livio Orsini scrisse:

Se misuri la corrente assorbita dal circuito ausiliario ti puoi calcolare sia la R che la XL, avresti solo due incognite che potresti ricavarti da un sistemino di 2 equazioni.

La R di 150 ohm mi sembra un po' esagerata, però non ho esperienza su questi motorini.

Ma mi pare di ricordare che i due avvolgimenti avessero valori moto simili ma non identici, uno sui 125 e l' altro sui 130, però posso anche sbagliare, era una misura fatta più che altro come verifica di continuità e non gli ho dato gran importanza. Comunque oramai è montata, con tutto funzionante la corrente era di 0,7 A circa, in linea penso con i 90 W di targa. Però è un valore che a questo punto non mi serve per i calcoli precedenti; avrei dovuto misurare sul singolo avvolgimento. Sarà per la prossima volta, che quasi sicuramente mi capiterà....

Tante grazie per le diritte e ancora tanti auguri

[gabri-z]

5 ore fa, morris scrisse:

Sarà per la prossima volta, che quasi sicuramente mi capiterà...

Prepara la sala '' prove '' !

[Tecnicofabioipc]

Buona sera sig Orsini come mai in un motore monofase se si toglie il carico all albero il delta temperatura degli avvolgimenti sale? 

[Tecnicofabioipc]

Buona sera sig Orsini come mai in un motore monofase se si toglie il carico all albero il delta temperatura degli avvolgimenti sale? 

[Livio Orsini]

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