MACCHINE ELETTRICHE MACCHINA SINCRONA
ediamo quali siano le condizioni da rispettare all atto dell inserzione in rete dell alternatore e ciò che potrebbe accadere qualora tali condizioni non venissero rispettate.
Supponiamo al momento di trascurare la saturazione del circuito magnetico e consideriamo il circuito equivalente monofase dell alternatore mostrato in figura: N.B.: In presenza di saturazione la f.e.m. Ef deve essere sostituita dalla f.e.m. linearizzata Efl.
Prima di inserire in rete l alternatore, chiudendo l interruttore di macchina, è necessario: 1. porre in rotazione il rotore alla velocità di sincronismo tramite un motore primo che fornisca solo una potenza (e quindi una coppia) pari alle perdite meccaniche per attrito e ventilazione; 2. eccitare la macchina, alimentando in corrente continua l avvolgimento di rotore e regolando la corrente di eccitazione fino a quando la tensione a vuoto misurata ai morsetti di macchina sia uguale in modulo a quella misurata tra due conduttori di linea. 3. A questo punto è necessario riportare la velocità del rotore, che nel frattempo si è ridotta, a quella di sincronismo, aumentando la potenza fornita dal motore primo per compensare le perdite nel ferro presenti dopo aver eccitato la macchina. Possiamo ora chiudere l interruttore di macchina ed inserire l alternatore in rete?
Se chiudiamo l interruttore di macchina, negli avvolgimenti di armatura circolerà una corrente (trascurando la c.d.t. generalmente molto piccola sulla resistenza di statore) I E f jx Affinché all atto dell inserzione in rete dell alternatore non vi sia scambio di potenza attiva e reattiva con la rete, è necessario che la corrente di armatura sia nulla, cioè che la f.e.m. indotta Ef sia uguale alla tensione stellata di rete in modulo e fase. Nel caso peggiore in cui Ef e (uguali in modulo) sono in opposizione di fase al momento di chiusura dell interruttore di macchina, la corrente di armatura risulta pari a due volte la corrente di corto circuito: S I E f 2Ef 2I jx jx S S cc
Se la macchina fosse diseccitata, essa si comporterebbe come un carico trifase simmetrico di natura essenzialmente induttiva, alimentato dalla tensione di rete e che assorbe (segno negativo della corrente erogata) una corrente pari a quella di corto circuito: I Icc jx S Queste considerazioni motivano, quindi, la sequenza di operazioni preliminari per l inserzione in rete dell alternatore elencate precedentemente. Resta da vedere come fare perché le tensioni lato rete e lato alternatore risultino in fase nel momento di chiusura dell interruttore di macchina. Per realizzare questa condizione di allineamento dei vettori Ef e è necessario creare un piccolo scorrimento reciproco, aumentando o diminuendo leggermente la velocità m di rotore rispetto a quella di sincronismo, variando opportunamente la coppia fornita dal motore primo. In tal modo, infatti, il vettore Ef anticiperà o ritarderà il vettore con una velocità pari a quella di scorrimento (m ). L angolo di sfasamento o tra i due vettori varierà periodicamente, ed in ogni periodo di scorrimento vi sarà un istante in cui i due vettori saranno allineati. Questi sono gli istanti ideali in cui effettuare il parallelo con la rete.
E f m 0 0 m m d0 d 0 0 0 dt dt E f m Per individuare praticamente gli istanti in cui i due vettori Ef e sono allineati, si usano particolari dispositivi denominati INDICATORI DI SINCRONISMO. In laboratorio si usa il più elementare sincronoscopio, costituito da tre lampade disposte, ognuna, a cavallo di una coppia di poli dell interruttore di macchina, come mostrato nella figura seguente.
L1 L2 L3 Le tre lampade L1, L2 ed L3 sono collegate in modo tale da essere sottoposte, rispettivamente, alle tensioni E fa, E, E. A fc B fb C
A Re E fc A C L 1 E f m L 2 L 3 E fa m B C E fb Le tre tensioni stellate lato rete e le tre f.e.m. indotte lato alternatore possono essere, rispettivamente, rappresentate con tre vettori rotanti da proiettare su un unico asse reale, invece che con un unico vettore rotante da proiettare su tre assi sfasati reciprocamente di 120. La prima rappresentazione ci consente di disporre virtualmente le tre lampade tra i vettori relativi di f.e.m. e tensione. B
Quando la terna delle tensioni lato reteelaternadellef.e.m.indottelato alternatore sono in fase, la lampada L1 sarà spenta, in quanto alimentata da una tensione nulla, mentre le lampade L2 ed L3 saranno accese con uguale intensità luminosa, in quanto alimentate entrambe da una tensione pari alla tensione concatenata. Dopo uno scorrimento di 120 della terna delle f.e.m. indotte rispetto alla terna delle tensioni di rete, sarà la lampada 2 ad essere spenta, in quanto E fc e B saranno in fase. Dopo un ulteriore scorrimento di 120 sarà la lampada 3 ad essere spenta, in quanto saranno in fase E e. fb C E fc C L 3 E fb B Re E fa L 2 L 1 A
In quanto detto finora si è implicitamente Re supposto che la terna delle tensioni lato E fb rete e la terna delle f.e.m. indotte lato alternatore abbiano la stessa sequenza, per C esempio diretta. Ma ciò non è detto che si verifichi sempre. Anzi, nel collegare le fasi E sia della rete che dell alternatore ai fa morsetti dell interruttore di macchina, la probabilità che le due terne siano di A sequenza diversa è del 50%. Cosa avviene se le due terne di tensioni non sono della E stessa sequenza, se ad esempio la terna fc delle f.e.m. è di sequenza inversa rispetto a B quella delle tensioni di rete? Questa L 2 situazione è mostrata nella figura a lato. Le tre lampade si accenderanno e si spegneranno contemporaneamente. Basterà invertire le connessioni di due qualsiasi dei tre morsetti per far sì che le due terne di tensioni e f.e.m. abbiano la stessa sequenza. L 3 L 1