Docente/i: Lucia Frosini  

Denominazione del corso: Diagnostica di macchine e azionamenti elettrici
Codice del corso: 503314
Corso di laurea: Ingegneria Elettrica
Sede: Pavia
Settore scientifico disciplinare: ING-IND/32
Crediti formativi: CFU 3
Sito web del corso: http://www.unipv.it/dmae/

Obiettivi formativi specifici

Il corso si propone di introdurre gli allievi allo studio dei sistemi diagnostici per l’identificazione di guasti esistenti o incipienti nelle macchine e negli azionamenti elettrici. Vengono analizzati gli strumenti diagnostici necessari per evidenziare una condizione di malfunzionamento, identificare l’elemento danneggiato e determinare la causa del guasto (meccanica, termica, elettrica, ambientale).

Programma del corso

1. Concetti introduttivi
Finalità di un sistema diagnostico: individuazione (detection), localizzazione (isolation) e identificazione (identification) del guasto. Relazioni tra diagnostica e concetti di protezione, manutenzione, monitoraggio delle condizioni. Manutenzione reattiva, preventiva, predittiva, pro-attiva. Affidabilità, disponibilità, densità di probabilità di guasto, tasso di guasto, criteri di classificazione dei guasti.

2. Tipi di guasti nelle macchine e negli azionamenti elettrici e metodi per la diagnostica
Tipi di guasti: statore (avvolgimenti e nucleo), cuscinetti, rotore, irregolarità statiche e dinamiche del traferro, altri. Misure di tipo elettrico: tensioni, correnti, potenze, flusso magnetico (al traferro e disperso), tensioni d’albero, correnti nei cuscinetti, scariche parziali. Misure di tipo meccanico: vibrazioni, rumore acustico, forze, coppie, velocità. Misure di tipo chimico, di temperatura e altre. Analisi dei segnali nel dominio del tempo e delle frequenze. Tecniche avanzate di analisi del segnale (es. reti neurali).

3. Vibrazioni nelle macchine elettriche
Misura delle vibrazioni come strumento diagnostico. Vibrazioni longitudinali, flessionali (rotore di Jeffcott), torsionali. Vibrazioni naturali e forzate. Forze elettromagnetiche: tensore di Maxwell, forza di Lorentz. Eccentricità statica e dinamica. Vibrazioni delle testate. Esempi applicativi.

4. Guasti nei cuscinetti
Cuscinetti a rotolamento e a strisciamento. Possibili danni e cause dei guasti nei cuscinetti. Metodi per la diagnostica dei guasti nei cuscinetti: analisi di vibrazioni e corrente di statore. Esempi applicativi.

5. Guasti negli avvolgimenti di statore
Caratteristiche costruttive, possibili guasti e metodi diagnostici per gli avvolgimenti di statore in bassa tensione, alimentati da rete o da inverter: analisi di corrente di statore e flusso disperso. Caratteristiche costruttive degli avvolgimenti di statore in media tensione. Guasti dell’isolamento verso massa. Metodi diagnostici per gli avvolgimenti in alta tensione: resistenza di isolamento, indice di polarizzazione, tan-delta o fattore di potenza dell’isolamento, AC e DC hipot test. Misura delle scariche parziali (PD): polarità positiva e negativa delle PD, confronto dell’efficacia del metodo delle PD con gli altri metodi diagnostici, individuazione delle PD con la misura degli impulsi elettrici, interpretazione dei risultati, PD come causa diretta e come sintomo, effetto del carico e della temperatura sulle PD.

6. Guasti di rotore
Corto circuiti di rotore nei generatori e metodi per la loro diagnostica: rilievo del flusso interno, rilievo riflettometrico, misura dell’impedenza dinamica. Tensioni e correnti d’albero e metodi per il loro monitoraggio: nei turboalternatori e nei motori alimentati da inverter. Rottura di barre di rotore nei motori asincroni e loro individuazione con l’analisi di corrente di statore, vibrazioni e flusso disperso. Fenomeno delle correnti tra barre. Parziale smagnetizzazione nei motori brushless.

Prerequisiti

Conoscenze degli aspetti costruttivi e funzionali delle macchine e degli azionamenti elettrici.

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 20
Esercitazioni (ore/anno in aula): 6
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

Dispense preparate a cura del docente. Per approfondimenti, possono essere consultati i seguenti testi: Peter Tavner, Li Ran, Jim Penman and Howard Sedding: Condition Monitoring of Rotating Electrical Machines, 2nd Edition, IET, 2008. Stone G., Boulter E.A., Culbert I., Dhirani H.: Electrical Insulation for Rotating Machines: Design, Evaluation, Aging, Testing, and Repair, Wiley-IEEE Press, 2004. Geoff Klempner, Isidor Kerszenbaum: Handbook of of Large Turbo-Generators. Operation and Maintenance, Wiley-IEEE Press, 2008.

Modalità di verifica dell'apprendimento

L’esame consiste in una prova orale sui contenuti del corso.