FRENO DINAMOMETRICO A CORRENTI PARASSITE

Il freno ad induzione magnetica Borghi - Saveri , tipo FE-600-S (Figura IV.5), permette di provare motori con alti regimi per potenza massima di 600 CV. In alternativa, per regimi minori, le potenze dipendono dalla curva caratteristica di coppia del freno stesso.

Figura IV.5 - Freno a correnti parassite Borghi & Saveri FE-600-S.

I freni dinamometrici sono apparecchiature realizzate appositamente per consentire l’esame del comportamento meccanico dei motori con prove al banco. Mediante il loro uso è possibile misurare la potenza erogata dal motore e applicare leggi di frenatura predeterminate in modo da simulare il funzionamento del motore sotto carico.

Un freno dinamometrico si compone di cinque parti principali, osservabili nella figura seguente:

CAPITOLO IV

Figura IV.6 - Gli elementi principali del freno dinamometrico: 1) Corpo frenante; 2) Trasduttore di misurazione della coppia (cella di carico); 3) Basamento del

freno; 4) Apparecchiatura di regolazione e visualizzazione freno; 5) Dispositivo di rilevazione giri/min (ruota fonica).

Il principio di funzionamento di questo apparecchio è basato sul concetto delle correnti parassite, o di Focault. All’interno del corpo frenante (1) è alloggiato un rotore, formato da un albero e da un disco polare di forma stellare, che ruota fra due camere di raffreddamento integrate nel corpo frenante e sedi di un campo magnetico prodotto da una bobina eccitata in corrente continua. La rotazione del disco polare provoca una variazione nel tempo del flusso magnetico generando delle correnti parassite, o di Focault, sullo strato di metallo che costituisce la superficie del disco polare. In accordo con la legge di Lenz, le correnti indotte circolano in modo tale da opporsi alla variazione del flusso magnetico e, di conseguenza, al movimento del rotore. Per il principio di azione e reazione, una coppia uguale e contraria a quella che realizza l’azione frenante viene a prodursi nello statore. Essa viene misurata attraverso la forza che occorre esercitare all’estremità di un braccio per trattenere il corpo frenante, altrimenti libero di ruotare(2). A tal fine viene impiegata una cella di carico che consiste in un insieme di estensimetri a resistenza uniti a formare un ponte di Wheatstone e racchiusi in una custodia metallica di protezione a tenuta stagna. La forza da misurare deforma leggermente l’elemento di misura, provocando una variazione della resistenza elettrica degli estensimetri proporzionale alla forza stessa. Dalla misura della coppia prodotta dal motore è possibile risalire, grazie alla presenza del segnale del rilevatore del numero di giri (5), alla potenza erogata. L’energia cinetica sottratta al rotore è convertita per effetto Joule in calore, il quale viene smaltito grazie all’acqua di raffreddamento. La regolazione della coppia frenante si ottiene variando con un potenziometro l’intensità della

corrente continua che percorre l’avvolgimento di campo. L’apparecchiatura elettronica di controllo (4), DCU 2000, permette di ottenere diversi andamenti della coppia frenante in funzione della velocità: si può anche tenere costante la velocità al variare del carico o viceversa. I valori di numero di giri, coppia e potenza sono visualizzati in tempo reale sul display presente nella parte anteriore dello strumento e registrati dalla scheda di acquisizione dati.

Nella tab. 1 sono riassunte la potenza nominale, i giri massimi per i quali il freno può lavorare con continuità e la coppia resistente massima. Sono indicate le coppie massime a 1000 ed a 540 giri/1’ che sono le velocità di rotazione normalizzate:

Potenza di frenatura nominale [KW] [CV] Giri massimi [giri/min] Coppia massima [daNm] Coppia massima a 1000 giri min. [daNm] Coppia massima a 540 giri min. [daNm] 441,3 600 5500 285 285 285

Tabella 0.1 – Dati caratteristici nominali del freno FE-600-S.

Il freno è dotato di notevole versatilità; è infatti possibile provare trattori alla presa di potenza (p.d.p.) con limitazione a 200 CV con la velocità di 540 giri/1' e fino a 400 CV circa con la velocità di 1000 giri/1'(Figura IV.7).

1 10 100 1000 100 1000 10000 Velocità (Giri/min) P o te n za (C V )

CAPITOLO IV 1 10 100 1000 0 1000 2000 3000 4000 5000 6000 Giri/min C o p p ia (d a N m )

Figura IV.8 Curva caratteristica della coppia del freno.

Le curve rappresentano i limiti di utilizzo del freno, in particolare:

il primo tratto della Figura IV.7 e della Figura IV.8 indicano la potenza e la coppia massime a basso numero di giri con la massima corrente di eccitazione, il tratto orizzontale della curva caratteristica della potenza è stabilito dalla massima capacità di dissipazione termica del freno, mentre quello verticale dalla capacità di rotazione dei cuscinetti ed infine l'ultimo tratto indica la potenza minima di assorbimento del freno per vincere gli attriti interni del freno stesso con corrente di eccitazione nulla.

La presa di potenza è collegata tramite un albero cardanico, di lunghezza variabile fino ad un valore minimo del ricoprimento pari ad 1/3 della lunghezza nominale dell'albero, ai mozzi del rotore che è costituito da giranti aventi un definito momento d’inerzia proporzionale alla sensibilità che si vuol dare al momento resistente.

Nella

Tabella IV.2 sono riportate le caratteristiche degli alberi cardanici con i disassamenti e le potenze trasmissibili:

Lunghezza albero cardanico [mm] Giri massimi [giri/min] Diametro flange [mm] Disassamento [α°] Potenza trasmissibile [KW] [CV] 485 5500 150 ± 3 220 300 350 8000 100 ± 4 73 100 650 3000 200 ± 2 330 450

Tabella IV.2 – Caratteristiche degli alberi cardanici di collegamento tra il trattore e il freno.

Sul basamento del freno è sistemato l’alimentatore della bobina di eccitazione del freno, DES 2000, che fornisce una corrente continua proporzionale al segnale di comando, fino al valore di 10 Ampere, con 150 V di tensione ai suoi capi e proveniente dalla centralina di gestione, DCU 2000, in grado di fornire il campo magnetico necessario alla reazione della coppia resistente. Lo statore è in grado di ruotare e scaricare il momento resistente sulla superficie sensibile di una cella di carico. La coppia resistente si trasforma in calore, smaltito dal circuito di raffreddamento che avvolge completamente il gruppo statore.

L’acqua di raffreddamento è fornita da un circuito idraulico di tipo aperto. Proviene da un pozzo artificiale ad un a temperatura di circa 10 °C e scarica in un canale di scolo adiacente alla sala di prova. La portata dell’impianto di raffreddamento prevista per la massima potenza del freno è di 313 l/1’, ma in caso di esecuzione di prove per le quali non viene raggiunta la potenza di 441,3 KW, è vantaggioso ridurre la portata dell’acqua dell'impianto.

La strumentazione di controllo in remoto è composta da un rack contenente la circuiteria ed i visualizzatori in tempo reale per coppia e giri nonché tutte le spie di controllo (fra cui temperatura e pressione dell’acqua di raffreddamento) e gli interruttori di accensione e commutazione per la scelta delle varie curve a disposizione dell’operatore.

CAPITOLO IV • Temperatura dell'acqua all’uscita dal freno attraverso termoresistenza

allo scarico;

• Pressione dell'impianto di raffreddamento attraverso pressostato sulla tubatura di scarico;

• Forza frenante attraverso cella di carico con portata di 3000 lbf (13334,66 N);

• Numero di giri mediante ruota fonica a 60 denti.

IV.1.4 MOTORE ASINCRONO TRIFASE E CONVERTITORE STATICO DI