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.

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.

7. Altri tipi di guasti
Test EL-CID per guasti del nucleo di statore. Analisi dei gas disciolti per i trasformatori isolati in olio.

Prerequisiti

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

Tipologia delle attività formative

Lezioni (ore/anno in aula): 23
Esercitazioni (ore/anno in aula): 0
Attività pratiche (ore/anno in aula): 0

Materiale didattico consigliato

Dispense preparate a cura del docente e fornite agli studenti tramite mailing list. 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.