Approvvigionamento di energia elettrica

6.1.1 Sicurezza di approvvigionamento 101

6.1.2 Frequenza e tensione 102

6.1.3 Disturbi sulla rete elettrica 102

6.2 Motori elettrici (motori trifase asincroni) 103

6.2.1 Tipi di costruzione 103

6.2.2 Normalizzazione 104

6.2.3 Caratteristiche generali dei motori a gabbia di scoiattolo 108

6.3 Misurazione della potenza 113

6.4 Trasmissione 114

6.5 Regolazione del numero di giri 115

6.5.1 Modificazione del numero di paia di poli 115

6.5.2 Modificazione dello slittamento 117

6.5.3 Regolazione con tiristori 117

6.5.4 Regolazione a comando di frequenza 117

6.5.5 Modificazione del rendimento 119

6.6 Protezione contro le esplosioni 120

6.7 Acustica 120

Nella presente documentazione il sistema di aziona- mento dei ventilatori viene considerato come una combinazione tra

– approvvigionamento di energia elettrica, – meccanismo di azionamento (motore) e – trasmissione.

Nella tecnica di ventilazione e di condizionamento per l'azionamento dei ventilatori vengono utilizzati in pratica esclusivamente motori elettrici. L'approv- vigionamento energetico viene quindi considerato in rapporto all'energia elettrica.

Sulla base del fatto che già oggi la maggior parte di tutti i motori elettrici è costituita da motori ad indu- zione, le osservazioni seguenti si concentrano sui motori trifase asincroni con una potenza variabile tra 100 W e 100 kW.

Recentemente si annette nuovamente importanza al termine «trasmissione», poiché da un lato si osserva una certa tendenza a sostituire la cinghia trapezoi- dale con la cinghia piana, mentre dall'altro, a causa della regolazione della velocità dei motori, si può ri- tornare all'accoppiamento diretto mediante un giun- to per alberi.

In ogni caso il sistema di azionamento deve sempre essere considerato in combinazione con la macchi- na operatrice ed il comando eventuale della potenza di quest'ultima nella rete dell'impianto idraulico, nonché della sua utilizzazione sul piano pratico. Un'utilizzazione ottimale dell'energia elettrica si ba- sa su un'interazione ideale di questi componenti.

6.1 Approvvigionamento

di energia elettrica

Come già rammentato all'inizio, le macchine opera- trici utilizzate per il trasporto di flussi volumetrici d'a- ria, nella maggioranza dei casi vengono fatte funzio- nare per mezzo di motori asincroni muniti di rotore a gabbia e, di conseguenza, alimentati con corrente elettrica trifase.

A questo punto non esistono né lo spazio necessa- rio, né la necessità di una descrizione della produ- zione di corrente elettrica, del trasporto e della tra- sformazione della stessa nella corrente necessaria per i motori utilizzati nell'impiantistica. Il nostro pun- to d'interazione è costituito dalla rete di elettricità a bassa tensione sostituita, se del caso, dal gruppo elet- trogeno di emergenza o da un generatore di forza e di calore privato (GFC).

6.1.1 Sicurezza di approvvigionamento Per le regioni svizzere che non sono troppo isolate l'approvvigionamento è garantito in modo suffi- ciente e tale da non rendere quindi generalmente ne- cessario prevedere un gruppo elettrogeno di emer- genza per gli impianti di ventilazione. Osservazioni eseguite sull'arco di parecchi anni all'ospedale uni- versitario di Zurigo hanno dimostrato, ad esempio, che le interruzioni dell'erogazione dell'energia elet- trica ai morsetti dei motori degli impianti di ventila- zione in oltre il 90% dei casi erano dovute a guasti tra la stazione di trasformazione dell'edificio ed i morsetti del motore. Per questo motivo anche le sta- zioni di ventilazione per le sale operatorie ed il re- parto cure intense non sono allacciate a reti di emer- genza.

Ovviamente deve esistere un concetto di comporta- mento da adottare durante le interruzioni di corren- te elettrica previste, ad esempio durante le prove ese- guite con impianti per la corrente d'emergenza. In ca- si particolarmente delicati (ad es. reparti sterili) ven- gono mantenute solo le funzioni che permettono il mantenimento di una pressione minima.

Prima che il tecnico della ventilazione accampi pre- tese per quanto concerne la necessità di una rete per la corrente d'emergenza, dovrebbe essere eseguita un'analisi accurata delle conseguenze di una lunga interruzione di corrente elettrica, tenendo conto di tutti gli influssi attenuanti e di tutte le misure che pos- sono essere adottate nell'ambito dell'esercizio.

Per le regioni isolate le aziende elettriche forniscono informazioni concernenti la frequenza e la durata del- le interruzioni di energia elettrica avvenute.

6.1.2 Frequenza e tensione

Al momento la Svizzera sta preparandosi al cambia- mento di tensione della rete elettrica previsto per l'Europa.

Le tensioni ancora utilizzate oggi e la nuova tensio- ne normalizzata per tutta l'Europa sono riunite nella figura 6.1.

Figura 6.1

Adattamento della tensione in Europa a 230/400 V 50 Hz Vecchia in CH

(220 V)

da 220 a 230 V da 240 a 230 V Nuova in Europa a partire dal 2003

Durante il funzionamento di un motore al limite in- feriore della tolleranza di tensione della rete, le con- seguenze sono le seguenti:

negative lo slittamento aumenta il numero di giri diminuisce aumenta il pericolo di sovraccarico termico

diminuisce il rendimento

neutre la coppia di avviamento diminuisce positive il coseno phi aumenta

la corrente di avviamento diminuisce L'influsso della tensione della rete sulla potenza rea- le è espressa dalla formula seguente:

P = P

(

U

)

U

P potenze reali alla tensione U

PN potenza reale nominale alla tensione UN

U tensione effettiva UN tensione nominale

a esponente dell'influsso della tensione

Per i motori l'esponente a = 0. Nei motori la tensio- ne non ha quindi influsso alcuno sulla potenza reale. In contrapposizione a ciò, l'esponente raggiunge ad esempio, nelle lampade ad incandescenza, un valo- re di a = 1.6 e negli apparecchi di riscaldamento un valore di a = 2.0.

L'aumento della tensione sulla rete è favorevole alle aziende elettriche, giacché in questo modo le perdi- te dovute al trasporto diminuiscono leggermente e migliora, di conseguenza, la capacità di trasporto del- le reti esistenti.

Attenzione: i riscaldamenti elettrici e gli aerotermi non regolati hanno un consumo di elet- tricità superiore del 20% quando la ten- sione aumenta al limite superiore. La frequenza della corrente elettrica trifase delle no- stre reti è di 50 Hz, mentre la frequenza normalizzata negli USA ed in Canada è di 60 Hz. Anche nei paesi dell'Europa dell'est si lavora parimenti con 50 Hz. Questi presupposti differenti hanno la conseguenza che i motori con un numero uguale di poli ruotano più rapidamente a 60 Hz e, con un momento uguale della coppia, forniscono di conseguenza una poten- za più elevata.

Poiché il fabbisogno di potenza delle macchine flui- dodinamiche, ad un numero più elevato di giri, au- menta più fortemente che non la potenza fornita dal motore, possono insorgere dei problemi. Nel caso contrario la conseguenza sarebbe una diminuzione del volume d'aria.

6.1.3 Disturbi sulla rete elettrica

Nei capitoli 6.5.3 «Regolazione con tiristori» e 6.5.4 «Regolazione a comando di frequenza» ci occupere- mo del tema concernente il disturbo causato dalle ar- moniche superiori.

Per gli azionamenti di piccole dimensioni, per i qua- li vengono scelti prevalentemente, per motivi eco- nomici, motori a corrente alternata monofase, oc- corre fare in modo di salvaguardare l'equilibrio tra le tre fasi della rete.