Gruppo elettrogeno

[Johnn]

Mi sapreste spiegare come un gruppo elettrogeno varia il numero di giri del motore in base all'energia che gli viene richiesta?

Grazie.

[ALIEN3]

Mi associo alla richiesta

Byezzzzzzzzzzzzz

[Zerk]

Bella domanda, non so la risposta ma posso azzardare solo ipotesi. Allora ipotizzando che il gruppo elettrogeno al quale ti riferisci sia uno piccolino quindi max 5 KW. Il vero problema è sapere se in quei gruppi ci sia montato un generatore sincrono o asincrono.
Nel caso di generatore sincrono il gruppo non deve assopuffamente variare i giri del motore in base al carico ma solo la coppia all'albero. Quindi scartiamo il generatore sincrono che personalmente monterei su generatori con dei diesel piuttosto grossi.
Allora prendiamo in considerazione i generatori asincroni... belle bestiole che purtoppo non ho mai studiato nei particolari il loro funzionamento come generatori anche perche' non vengono quasi mai utilizzati per questo scopo. Allora so che per funzionare devono essere prima alimentati con una terna trifase (generatori trifase) oppure con un bifase di 90 gradi per i monofase. Poi si spinge meccanicamente l'albero del generatore a scorrimento negativo, cioe' piu velocemente del campo magnetico rotante generato dalle tensioni di alimentazione. E cosi si eroga potenza. Questo generatore mi sembra il piu adatto per questi scopi, se voglio piu potenza aumento il numero di giri. Per l'avviamento credo che le tensioni iniziali vengano generate elettronicamente ma non ne sono sicuro. Tornando alla domanda iniziale, abbiamo il nostro motore a scoppio che fa girare il generatore asincrono, nel momento in cui non ci sia attaccato nessun carico ai morsetti si avra' una certa velocita' di rotazione, ma nel momento in cui attacco un carico elettrico il generatore fara' piu fatica a girare quindi tenderà a calare il numero di giri. Qui basta un piccolo trasduttore che tiene conto della velocità del motore, se cala da gas. Lo si puo' fare elettronico o meccanico, hai presente quelle due palle che girano su un asse e se aumenta la velocita' si alzano levando gas e se diminuisce si abbassano dando gas. Poi probabilmente ho sparato secchiellate di cavolate prego chi ne sa piu di me di illuminarmi.

[Northern Antarctica]

Allora:

- i generatori dei gruppi elettrogeni sono tutti sincroni;
- l'albero del motore del gruppo elettrogeno è accoppiato tramite un giunto al generatore del gruppo stesso;
- il generatore deve ruotare a velocità costante, per mantenere costante la frequenza di 50 Hz;
- di conseguenza, il motore del gruppo elettrogeno ruota a velocità costante.

Per mantenere costante la velocità c'è un organo che si chiama regolatore di velocità che agisce sul sistema di alimentazione (es. pompa iniezione se il generatore è diesel, la maggior parte).

Se c'è una presa di carico, il motore tende a rallentare, il regolatore di velocità sente questo rallentamento e aumenta l'afflusso di carburante. E viceversa nel caso di distacco carichi.

[Zerk]

OK ho detto un sacco di cavolate, ma allora con i generatori sincroni siu piccoli gruppi elettrogeni si ha una frequenza piuttosto instabile, in quanto si hanno a volte parecchie decelazioni e accelerazioni. Perchè poi non si potrebbero utilizzare i generatori asincroni?

[Northern Antarctica]

Originariamente inviato da Zerk

OK ho detto un sacco di cavolate, ma allora con i generatori sincroni siu piccoli gruppi elettrogeni si ha una frequenza piuttosto instabile, in quanto si hanno a volte parecchie decelazioni e accelerazioni. Perchè poi non si potrebbero utilizzare i generatori asincroni?

Il generatore asincrono per funzionare necessita di potenza reattiva, che non viene generata come nel sincrono. E questo perché il generatore sincrono ha un sistema di eccitazione, l'asincrono no.

Questo non significa che non sia concepibile come generatore, ma esso deve essere "agganciato" ad una rete che gli fornisce potenza reattiva quando serve. Esempio è il caso di alcune turbine eoliche, che hanno generatori asincroni collegati alla rete che erogano potenza indipendentemente dalla velocità alla quale gira la turbina (va detto che il generatore asincrono produce energia a frequenza di rete indipendentemente dalla velocità del motore primo, a patto che sia maggiore della velocità di sincronismo del motore).

Per una piccola applicazione come quella di un gruppo elettrogeno si può pensare di usare un piccolo motore asincrono come generatore, accoppiato ad un motore e collegato a dei condensatori (in parallelo all'uscita) che forniscono la potenza reattiva: ma a questo punto il produrre energia da parte del generatore è legato essenzialmente al magnetismo residuo del rotore, dato che per caricare i condensatori ci vuole tensione! Volendo il rotore si può magnetizzare iniettando, prima di far partire il motore, una corrente continua (una decina di V) in una fase del generatore, in modo da magnetizzare il rotore.

Fattibile, ed anche molto economico, ma con alcuni problemi: la tensione viene regolata esclusivamente dai condensatori, e può innalzarsi pericolosamente. Anche il motore primo non viene più controllato dal regolatore di velocità. Per questo si preferiscono, nei piccoli gruppi, generatori sincroni, molto più flessibili e affidabili.

[teo]

Originariamente inviato da Zerk

OK ho detto un sacco di cavolate, ma allora con i generatori sincroni siu piccoli gruppi elettrogeni si ha una frequenza piuttosto instabile, in quanto si hanno a volte parecchie decelazioni e accelerazioni. Perchè poi non si potrebbero utilizzare i generatori asincroni?

i generatori asincroni per funzionare hanno bisogno di potenza reattiva dalla rete.

[Northern Antarctica]

Originariamente inviato da teo

i generatori sincroni per funzionare hanno bisogno di potenza reattiva dalla rete.

(ho quotato apposta prima che avessi il tempo di editare)

[teo]

Originariamente inviato da Northern Antarctica

(ho quotato apposta prima che avessi il tempo di editare)

che dici? è tutto giusto

[Northern Antarctica]

Originariamente inviato da teo

che dici? è tutto giusto

purtroppo far precedere "generatore" da qualcosa di diverso da "sincrono" è innaturale (nonché inusuale)

[Johnn]

Intanto grazie a tutti.

Originariamente inviato da Zerk

...CUT...
Qui basta un piccolo trasduttore che tiene conto della velocità del motore, se cala da gas. Lo si puo' fare elettronico o meccanico, hai presente quelle due palle che girano su un asse e se aumenta la velocita' si alzano levando gas e se diminuisce si abbassano dando gas. Poi probabilmente ho sparato secchiellate di cavolate prego chi ne sa piu di me di illuminarmi.

Originariamente inviato da Northern Antarctica

...CUT...
Per mantenere costante la velocità c'è un organo che si chiama regolatore di velocità che agisce sul sistema di alimentazione (es. pompa iniezione se il generatore è diesel, la maggior parte).

Se c'è una presa di carico, il motore tende a rallentare, il regolatore di velocità sente questo rallentamento e aumenta l'afflusso di carburante. E viceversa nel caso di distacco carichi.

Sono particolarmente interessato a queste parti. Mi sapete dare qualche informzaione in più, soprattutto su regolatori di velocità elettronici? Ma sui gruppi più nuovi, si trovano ancora regolatori meccanici?

"hai presente quelle due palle che girano su un asse": qual è il suo nome?

[pietro84]

"hai presente quelle due palle che girano su un asse": qual è il suo nome?

ti riferisci al regolatore di watt?

[pietro84]

penso che sui gruppi più moderni non si trovino regolatori di Watt, anzi ora si stanno diffondendo dovunque regolatori digitali, quindi quelli analogici tra pochi anni diventaranno obsoleti.

[Johnn]

Sì, soprattutto in versione elettronica. In effetti non sapevo bene come si chiamava.

[pietro84]

Originariamente inviato da Johnn

Sì, soprattutto in versione elettronica. In effetti non sapevo bene come si chiamava.

il reg di watt se non sbaglio è un regolatore proporzionale realizzato in tecnologia meccanica. è il più semplice controllore.
poi naturalmente più complessa è la legge di controllo più si va verso tecnologie digitali.

[TXFW]

Originariamente inviato da pietro84

il reg di watt se non sbaglio è un regolatore proporzionale...

Quindi per definizione pendola.
Puo' andare bene se non prevedi grosse e rapide variazioni di carico.

Altrimenti avere un po' di guadagno integrale e derivativo non e' un'opzione.

[Johnn]

Puoi spiegare l'ultima frase?

In effetti sono interessato ai regolatori elettronici, mi sai dire qualcosa di più?

[TXFW]

Originariamente inviato da Johnn

Puoi spiegare l'ultima frase?

In effetti sono interessato ai regolatori elettronici, mi sai dire qualcosa di più?

Questa e' una delle situazioni in cui si puo' fare la spiegazione tecnica, che risulterebbe difficile da fare per me e complicata da leggere per gli altri.

Quindi faccio la mia solita spiegazione maccheronica.

Il regolatore di Watt e' puramente proporzionale. Se hai presente come e' fatto, sono due sfere di una certa massa collegate a due bracci imperniati in alto (una V rovesciata). Tutto l'ambaradano ruota a una velocita' proporzionale a quella del motore e comanda l'acceleratore.
In questo modo: siccome le sfere ruotano la V si apre in maniera proporzionale alla velocita' di rotazione. Alla velocita' nominale corrisponde una certa posizione delle sfere. Quando le sfere sono piu' in alto vuol dire che girano troppo forte e tirano indietro l'acceleratore. Quando sono piu' in basso vuol dire che girano troppo piano e quindi aprono l'acceleratore (in effetti di solito oscillano).
Se cerchi di visualizzare la cosa, supponi che il motore giri troppo forte. Chiudi un po' l'acceleratore e il motore rallenta. Quando passa sotto la velocita' nominale riaccelera. Quando ripassa sopra rallenta e cosi' via. Si spera che dopo un certo numero di oscillazioni trovi un punto di equilibrio in cui la velocita' e' leggermente inferiore alla nominale e l'acceleratore e' aperto il giusto necessario per mantenerla. Se aumenti il carico trovi un nuovo punto di equilibrio.
Con il solo proporzionale non si puo' fare altro, perche' l'apertura dell'acceleratore e' proporzionale all'errore di velocita'. Siccome quando la velocita' e' quella giusta l'errore e' zero, alla velocita' giusta avresti l'acceleratore chiuso e non e' quello che vuoi. Potresti ipotizzare un offset, ovvero dire che quando l'errore e' zero l'acceleratore e' aperto un tot, solo che andrebbe bene per uno specifico carico. Variando il carico dovresti variare l'offset o accettare un cambio di velocita'.
Di fatto ogni volta che cambi il carico il sistema ricomincia a pendolare (si spera smorzato, se no sei nei guai).

Per parlare di proporzionale e integrale, l'esempio piu' comodo non e' il gruppo elettrogeno, ma il regolatore di velocita' di un'auto.

Normalmente il regolatore di velocita' di un'auto e' fatto in modo da avere un guadagno proporzionale piuttosto aggressivo, ovvero un'accelerazione piuttosto tosta per raggiungere la velocita' programmata.
Pero' vale lo stesso concetto del motogeneratore (forse si vede perfino meglio): se tu agganciassi la posizione dell'acceleratore solo all'errore di velocita' in modo proporzionale, raggiungendo la velocita' programmata l'errore diminuirebbe e l'acceleratore si chiuderebbe, fino a essere completamente chiuso alla velocita' giusta. Quindi l'auto rallenterebbe. E poi riaccelererebbe, ecc.
Dico che l'auto e' l'esempio piu' facile perche' si parla di velocita' dell'auto come grandezza da regolare. Quindi il guadagno proporzionale e' da considerare come proporzionale all'errore di velocita' (ho impostato 100 km/h, sto andando a 70, ho un errore di 30 e a causa di questo errore l'acceleratore si apre per farmi aumentare la velocita').
L'integrale della velocita' e' lo spazio percorso, mentre la derivata e' l'accelerazione, quindi in realta' integrale e derivata dell'errore di velocita' sono proporzionali rispettivamente a spazio e accelerazione.

Torniamo all'auto. Ipotizziamo di partire solo col proporzionale. Niente derivata, niente integrale.

Per le stesse ragioni viste per il generatore, la nostra auto troverebbe un punto di equilibrio, dove smette di pendolare, a una velocita' inferiore a quella impostata.
Il risultato di questa velocita' inferiore sarebbe percorrere meno spazio di quello previsto.
Siccome percorro meno spazio ho un errore di spazio, quindi vado a incrementare il contributo integrale di una quantita' proporzionale all'errore di spazio. Attenzione, perche' l'integrale non si regola come il proporzionale (per definizione): quando ho un errore aumento o diminuisco il contributo. Quando l'errore va a zero smetto di aumentare o diminuire il contributo e conservo il valore raggiunto.
Quindi la nostra auto che a causa della velocita' leggermente inferiore percorre meno metri del previsto vedra' l'acceleratore aprirsi lentamente per compensare questo errore. Quando i metri percorsi saranno quelli giusti l'acceleratore restera' dove si trova. Quindi avremo il proporzionale a zero (velocita' giusta) e un contributo integrale che fara' da offset (vedi sopra) e che sara' del valore giusto per compensare il carico (resistenza aerodinamica e di rotolamento, pendenza della strada, ecc.).

Manca ancora la derivata.

Senza derivata, supponiamo che la nostra auto con il proporzionale andato a zero e il contributo integrale incontri una salita. L'auto rallenta e proporzionale e integrale fanno la loro magia mettendoci un certo tempo, posto che la salita sia costante.

"L'auto rallenta" significa che subisce un'accelerazione (negativa, se invece di una salita fosse una discesa varrebbe lo stesso principio cambiando i segni).
L'accelerazione da zero (velocita' costante) si trova ad avere un valore diverso da zero. Supponendo che proporzionale e integrale rimangano dove sono, abbiamo la derivata, proporzionale all'accelerazione, che appena sente una variazione di velocita' non comandata (e' iniziata la salita) interviene in maniera immediata, compensando. In termini pratici, l'auto mette le ruote sull'inizio della salita, accenna a rallentare e immediatamente l'acceleratore si apre un po' di piu', compensando immediatamente mentre proporzionale e integrale (piu' che altro integrale) si prendono il loro tempo per regolarsi.
La velocita' torna costante, l'accelerazione torna a zero, la derivata torna a zero. Continui a viaggiare alla stessa velocita', ma l'acceleratore e' un po' piu' aperto a causa del contributo integrale (che significa: senza integrale, a causa della salita, perderei piu' metri di quelli che perderei in piano e quindi l'acceleratore va tenuto piu' giu').

Piu' lungo da descrivere di quello che ci mette in realta'. Quello che vedi quando inizi una salita e' una variazione di 1-2 km/h subito compensata.

Non so quanto tutto questo sia chiaro. Il bello di tutti i paroloni e' che tutto cio' lo fai istintivamente col piede se vuoi guidare a velocita' costante. Ovvero tieni il piede un po' piu' giu' per andare alla stessa velocita' se la strada e' in salita, acceleri un po' di piu' all'inizio della salita e quando torni alla velocita' voluta alzi un po' il piede (che resta pero' un po' piu' basso di quanto fosse in pianura, ecc.).

[Johnn]

Intanto grazie mille!

Ovviamente facendo fare il tutto all'elettronica si eliminano le "oscillazioni" e si ottiene un comportamento teoricamente uguale a quello desiderato, giusto?

[TXFW]

Originariamente inviato da Johnn

Intanto grazie mille!

Ovviamente facendo fare il tutto all'elettronica si eliminano le "oscillazioni" e si ottiene un comportamento teoricamente uguale a quello desiderato, giusto?

Diciamo che regolando l'elettronica nel modo giusto si riesce a ottenere un comportamento piu' vicino possibile a quello ideale.