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FUNZIONAMENTO IN PARALLELO DEGLI ALTERNATORIAccoppiamento in parallelo degli alternatori.L'accoppiamento in parallelo di più alternatori consiste nel farli funzionare alla stessa

tensione e frequenza, con i morsetti omonimi direttamente collegati a un sistema di sbarre, dalle quali si dipartono le linee che convogliano la somma delle potenze erogate dalle singole macchine.

La necessità dell'accoppiamento in parallelo si presenta tutte le volte che la potenza richiesta dalla rete di utilizzazione supera la potenza che può essere fornita da un solo alternatore.

Fig. 1 - Schema di principio per l'accoppiamento in parallelo di un alternatore monofase su un sistema di sbarre già in tensione.

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Con riferimento ad una centrale monofase, i circuiti elettrici per l'accoppiamento in parallelo possono essere predisposti come è indicato in fig. 1 in cui le sbarre di partenza della linea sono già mantenute in tensione da altre macchine figuratamente rappresentate dall'alternatore Al : su queste sbarre si vuole mettere in parallelo l'alternatore A2 che è ancora fermo (interruttore aperto). Condizione indispensabile per la regolarità della manovra è che questa si compia senza perturbare lo stato di regime della rete, cioè senza che si determini all'atto della chiusura dell'interruttore alcuno scambio di corrente tra la nuova macchina e le sbarre. Come si può dedurre dall'equazione generale dell'alternatore

tra la f. e. m. E0 generata a vuoto e la tensione V rilevata ai morsetti.È chiaro allora che, prima di chiudere l'interruttore che allaccia l'alternatore A2 alle sbarre, ènecessario avviare e regolare quest'ultimo in modo da fargli produrre una tensione ai morsetti, e cioè una f. e. m. a vuoto E0, vettorialmente identica alla tensione esistente tra le sbarre. L'identitàfra le due tensioni non deve perciò limitarsi all'eguaglianza fra i rispettivi valori efficaci segnati dai voltmetri, ma richiede l'eguaglianza costante di tutti i valori istantanei, ed è pertanto necessario che l'alternatore A2 venga preventivamente regolato in modo che la sua f. e. m. E0abbia a presentare lo stesso valore efficace e la stessa frequenza della tensione V esistente tra le sbarre, e che si trovi inoltre rispetto a questa in esatta concordanza di fase. Ciò corrisponde in altri termini alla condizione che i due vettori siano di eguale ampiezza e ruotino in perfetto sincronismo conservandosi costantemente sovrapposti.

IZEIRIXjEV SS ⋅−=⋅−⋅⋅−= 000

ciò accade solo se è verificata l'eguaglianza vettorialeVE =0

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Il verificarsi di questa precisa condizione viene controllato per mezzo di opportuni strumenti denominati appunto indicatori di sincronismo. I più semplici indicatori possono essere rappresentati da un voltmetro Vs (zero-voltmetro) e da una lampadina l derivati a cavallo dell'interruttore I” M che deve allacciare il nuovo alternatore alle sbarre. Prima della chiusura di questo interruttore, ai morsetti degli indicatori così disposti (voltmetro e lampadina di sincronismo) viene ad agire una tensione vs che è uguale in ciascun istante alla differenza fra i valori istantanei contemporanei v e v" delle due tensioni che esistono rispettivamente fra le sbarre e fra i morsetti dell'alternatore A2. Quando le due tensioni sono identiche si ha costantemente vs = 0 e il voltmetro di sincronismo Vs rimane perciò a zero, mentre la lampadina l rimane permanentemente spenta; diversamente l'indicazione del voltmetro e l'accensione della lampadina seguono le vicende della tensione rappresentata dal vettore VS= V – E0. In base alle indicazioni così predisposte la manovra di parallelo viene condotta nel modo seguente. Si comincia ad avviare l'alternatore A2 con l'interruttore I”M aperto, regolandone la velocità fino ad ottenere un valore assai prossimo ma leggermente diverso dalla velocità di regime, che corrisponde alla frequenza dell'impianto.[Questa manovra viene eseguita agendo sul motore primo che trascina l'alternatore. In questo frattempo il voltmetro di sincronismo da una indicazione costante e la lampada di sincronismo èaccesa per effetto della tensione fra le sbarre, essendo ancora nulla la tensione fornita dall'alternatore A2 che si suppone diseccitato].Dopo di ciò si regola l'eccitazione dell'alternatore A2 agendo sul suo reostato di campo, finché, si osserva che il voltmetro V” derivato ai morsetti (voltmetro di macchina) segna una tensioneeguale a quella indicata dal voltmetro V’ che dà la tensione esistente fra le sbarre.

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In queste condizioni dunque l'alternatore A2 è regolato in modo da produrre una f. e. m. E0 che ha lo stesso valore efficace della tensione fra le sbarre ma una frequenza f” leggermente diversa. Ciò vuol dire che le due tensioni sono rappresentate da due vettori V ed E0, di egual ampiezza ma ruotanti (fig. 2) con diversa velocità, per modo che essi presentano l'uno rispetto all'altro uno sfasamento a progressivamente variabile

Fig. 2 - Mette in evidenza l’origine della tensioneche agisce sugli indicatori di sincronismo

Se ad esempio l’alternatore A2 ha una velocità di poco inferiore a quella giusta, anche la sua frequenza f” sarà minore della frequenza f mantenuta sulle sbarre dal primo alternatore, e il vettore E0, andrà progressivamente ritardando rispetto a V; l’angolo α aumenta così finché i due vettori vengono a trovarsi per un istante in opposizione, poi aumenterà ancora fino a diventare 360° e allora i due vettori per un istante sono in fase, dopo di che E0 passa ancora in ritardo per ripetere le identiche vicende. Se l'alternatore A2 ha invece una velocità superiore accade il fatto analogo in senso opposto.

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Corrispondentemente la differenza geometrica fra i due vettori viene rappresentata da un vettore VS = V – E0 che assume un'ampiezza periodicamente variabile; e precisamente tale ampiezza è zero quando i due vettori si trovano in fase, raggiunge il suo valore massimo, pari alla somma aritmetica delle due ampiezze, quando i due vettori si trovano in opposizione, per tornare a zero quando i due vettori tornano a sovrapporsi: in definitiva l'ampiezza del vettore VS aumenta da zero al massimo e torna a zero ogni volta che uno dei due vettori V ed E0 guadagna o perde un giro sull'altro : ciò accade tante volte al secondo quanta è la differenza fra le due frequenze f ed f”.

In queste condizioni ai morsetti degli indicatori di sincronismo agisce quindi una tensione che ha un valore efficace pulsante come il vettore VS ; se queste pulsazioni (comunemente denominate battimenti) sono abbastanza lente da poter essere seguite dall'indice del voltmetro si vedrà questo oscillare con vicenda alterna fra zero e un massimo; analogamente la lampada di sincronismo sarà condotta ad accendersi e spegnersi tante volte al seconda quanto è la differenza fra le due frequenze. In base a queste indicazioni si può quindi agevolmente regolare per gradi assai piccoli la velocità dell'alternatore A2 fino a rendere sempre pin lenti i battimenti che si osservano sugli indicatori di sincronismo e ottenere infine che il voltmetro resti a zero e la lampadina resti spenta per un tempo sufficientemente lungo: quando ciò accade, si può chiudere l'interruttore e il parallelo èeseguito.

Fig. 2 - Mette in evidenza l’origine della tensioneche agisce sugli indicatori di sincronismo

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Anche se l'alternatore A2 non aveva una velocità rigorosamente esatta, dopo che l'interruttore èstato chiuso nel momento giusto, l'alternatore si mette senz'altro in marcia sincrona col primo: ciò accade perchéogni sua tendenza ad accelerare o ritardare viene automaticamente contrastata dalle energiche coppie sincronizzanti che intervengono per effetto degli scambi di corrente che si verificano tra le macchine quando una di esse tende a uscire di sincronismo (Così ad esempio se l'alternatore A2 tende ad anticipare, anche il vettore E0 si sposta in anticipo su V di un certo angolo δ ; in base alla relazione

l’alternatore viene con ciò ad erogare una certa potenza che a sua volta determina una coppia resistente che frena fino a riportarlo in esatto sincronismo. ).La manovra è tanto più regolare, e cioè gli scambi di corrente meno sentiti, quanto minore è lo scarto di frequenza che separa le due macchine nel momento in cui si chiude l'interruttore. Nel caso ideale tale scarto dovrebbe essere nullo, ma all'atto pratico è in generale assai difficile regolare le cose in modo che la lampada di sincronismo resti permanentemente spenta e il voltmetro di sincronismo permanentemente a zero. Ci si limita allora a fare in modo che ciò accada per un tempo sufficientemente lungo per poter chiudere tempestivamente l'interruttore di parallelo, e per rendere possibile, d'altra parte, che le coppie sincronizzanti possano avere il sopravvento sulla reazione d'inerzia, per far superare d'un salto il lieve scarto di velocità che ancora separa il nuovo alternatore dalla marcia sincrona: dopo di che cessa ogni scambio di corrente con le sbarre e il parallelo è stabilmente eseguito.

δϕ senX

EVIVP

s

⋅⋅⋅=⋅⋅⋅= 03cos3

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Per gli alternatori trifasi, lo schema dei circuiti per il collegamento in parallelo assume in disposizione indicata in fig. 3; ciascun alternatore è munito cioè di tre lampade di sincronismo derivate fra i contatti

Fig. 3 - Lampade di sincronismosu un alternatore trifase.

omonimi dell'interruttore tripolare che deve realizzare l'accoppiamento (queste lampade debbono essere previste per una tensione

doppia della tensione stellata alle sbarre).Le tre lampade così derivate si accendono e si spengono contemporaneamente: il sincronismo è raggiunto e l'interruttore può essere chiuso quando le tre lampade restano spente per un tempo sufficientemente lungo. Questa disposizione consente anche di verificare la esatta corrispondenza dell'ordine di successione ciclica delle fasi, tra le tensioni che provengono dall'alternatore e quelle esistenti tra le sbarre. Se infatti accade che, delle tre lampade così collegate, mentre una è spenta le altre due sono invece accese, vuol dire senz'altro che tale corrispondenza non esiste; risulta allora necessario scambiare fra loro due fili ai morsetti di attacco dell'interruttore, da una parte o dall'altra indifferentemente. Il numero dei battimenti di luce al secondo dà la misura della differenza tra la frequenza esistente sulle sbarre e la frequenza generata dall'alternatore da allacciare, ma non fornisce alcuna indicazione diretta che attesti se la macchina

è al di sopra o al disotto della velocità sincrona : si deve quindi provare ogni volta se aumentando, ad esempio, la velocità dell'alternatore numero dei battimenti aumenta o diminuisce.

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Si può ottenere invece l'indicazione diretta della regolazione da compiere sulla velocitàdell'alternatore, disponendo le tre lampade di sincronismo ai vertici di un triangolo equilatero e derivandone una fra due morsetti omonimi dell'interruttore di parallelo e le altre due fra morsetti diagonali come e indicato in fig. 4 (indicatore a luce rotante).

Per avere un'idea immediata del funzionamento di questo semplice dispositivo basta immaginare le tre lampade derivate figuratamente fra gli estremi dei vettori rappresentativi delle tensioni interessate, come in fig. 4 b) ; in questa i tre vettori V1, V2, V3, rappresentano le tre tensioni stellate relative alle sbarre, e i vettori E1, E2, E3, le tre tensioni omonime fornite dall'alternatore da accoppiare. In tal modo resta rappresentata per ciascuna lampada la tensione che vi agisce, la quale coincide appunto con la differenza fra i due vettori cui si immagina collegata la lampada.

Fig. 4 - Lampade di sincronismo a luce rotante con indicazione della velocità ipersincrona o iposincrona.

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Fig. 4 - Lampade di sincronismo a luce rotante con indicazione della velocità ipersincrona o iposincrona.

Se le due terne di vettori occupano l'una rispetto all'altra la posizione indicata in figura, e cioèsono in fase fra loro, la lampada l11, èspenta e le altre due sono egualmente accese per effetto delle due tensioni eguali (V2 - E3) e (V3- E2): questa è la condizione di sincronismo che deve essere stabilmente realizzata per poter chiudere l’interruttore di parallelo senza inconvenienti. Se invece l’alternatore da accoppiare ha una velocità inferiore a quella di sincronismo (iposincrona) la terna di vettori El, E2, E3 ritarda rispetto alla terna delle tensioni sulle sbarre : allora i due vettori Vl ed E1 si aprono fra loro, e la lampada l11 che era spenta per un momento, si accende; contemporaneamente i vettori V3 ed E2 si chiudono e la lampada l 32’ che era parzialmente accesa si viene spegnendo; infine i due vettori V2 ed E3 si aprono ancor più e la lampada l 23’ che era parzialmente accesa aumenta di luminosità fino a quando i due vettori predetti sono giunti in opposizione fra loro.

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Fig. 4 - Lampade di sincronismo a luce rotante con indicazione della velocità ipersincrona o iposincrona.

In definitiva si ottiene il risultato che la luce fornita dalle tre lampadine passa dall'una all'altra ruotando ciclicamente nel verso delle lancette di un orologio e cioè nel verso dei ritardi di fase. Il fatto opposto accade se l’alternatore ha una velocità superiore a quella di sincronismo (ipersincrona). In ogni caso il numero di giri compiuti al secondo dalla luce rotante, in un verso oppure nell'altro, indica lo scarto in difetto oppure in eccesso della frequenza fornita dall'alternatore rispetto alla frequenza delle sbarre. Si deve quindi regolare l'alternatore da accoppiare in modo da rendere sempre più lenta la rotazione della luce, fino a immobilizzarla per un tempo sufficientemente lungo sulle due lampade inferiori del triangolo, mentre è spenta quella al vertice superiore: in questo frattempo si può chiudere l'interruttore che realizza l'accoppiamento in parallelo dell'alternatore sulle sbarre. Le tre lampade vengono montate in una scatola cilindrica chiusa da un vetro smerigliato. Se la tensione è troppo elevata per l'inserzione diretta, le lampade vengono derivate attraverso opportuni riduttori di tensione.

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Nelle grandi centrali tuttavia si usano in genere degli specifici strumenti indicatori di sincronismo dotati di una maggiore sensibilità e denominati sincronoscopi o gruppi di sincronizzazione. L'intera manovra di parallelo è in tal caso affidata a un dispositivo automatico, che sotto il controllo del sincronoscopio esegue con apposito servomotore la regolazione della velocitàdell'alternatore mentre, a sincronismo raggiunto, un altro congegno interviene a chiudere l'interruttore di parallelo.

È utile precisare l'andamento della tensione che agisce sugli indicatori di sincronismo e che determina alle lampade i battimenti di luce. Si e visto fin qui che tale tensione è rappresentata da un vettore Vs la cui ampiezza varia da zero ad un massimo e torna a zero per ogni periodo che l'alternatore perde o guadagna rispetto alla frequenza delle sbarre. Questo vettore però rappresenta solo l'ampiezza e cioèi valori massimi successivi che la tensione raggiunge, ma non da invece nessuna idea della successione dei valori istantanei intermedi. Bisognerebbe a tale scopo seguire la rotazione effettiva dei vettori V ed E ciascuno con la rispettiva frequenza f ed f’ e proiettare istante per istante i vettori stessi sull'asse dei valori istantanei. Ma è più semplice tracciare le due onde sinusoidali relative alle due tensioni e fare la differenza algebrica fra le ordinate corrispondenti: la curva che ne risulta rappresenta l'andamento della tensione vs = v - eche si manifesta fra i contatti aperti dell'interruttore di parallelo.

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Fig. 5 - interferenza fra due onde sinusoidali di eguale ampiezza e diversa frequenza ; formazione dei battimenti : f = 9 , f ' = 7.

Nella fig. 5 sono segnate a titolo d'esempio due onde sinusoidali di eguale ampiezza le cui frequenze stanno fra loro nel rapporto di 7 a 9. Le differenze algebriche delle ordinate corrispondono ai segmenti indicati nel tratteggio i quali costituiscono le ordinate della sottostante curva dei battimenti : questa curva è fornita di tante alternanze le cui ampiezze sono limitate da una curva sinusoidale che rappresenta le variazioni dell'ampiezza del vettore Vs.

Se i battimenti sono sufficientemente lenti i dispositivi di sincronismo seguono, nelle loro indicazioni la curva termicamente equivalente e cioè la curva dei valori efficaci delle singole alternanze che compongono la curva dei battimenti.

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Nella continuità del fenomeno questi valori efficaci compongono una curva pulsante, con tante pulsazioni al secondo quanta è la differenza fra le due frequenze che interferiscono fra loro.Analiticamente il fenomeno trova la sua interpretazione nel modo seguente. Posto:

e quindi anche :

La funzione vs così definita rappresenta l'onda di interferenza (o curva dei battimenti).Essa indica che la tensione vs varia cosinusoidalmente nel tempo con la frequenza (f + f ’)/2pari al valore medio delle due frequenze interferenti; il suo valore massimo però non si mantiene costante, ma varia a sua volta sinusoidalmente tra zero e 2 VM con una frequenza (f - f ’)/2 secondo la curva di inviluppo].

)'( );( tsenVetsenVv MM ⋅⋅=⋅⋅= ωω

risulta )]'()([ tsentsenVevv Ms ⋅−⋅⋅=−= ωω

⋅

+⋅

⋅

−⋅⋅= ttsenVv Ms22

2'

cos' ωωωω

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Regolazione e ripartizione del carico attivo e reattivo. All'atto della chiusura dell'interruttore di parallelo, il nuovo alternatore che si vuol mettere in servizio èregolato in modo da generare una tensione a vuoto e cioèuna f. e. m. esattamente eguale e in perfetta concordanza di fase con la tensione V già esistente fra le sbarre; ne segue che anche dopo che l'interruttore è stato chiuso, l'alternatore non può erogare ne ricevere alcuna corrente, perche la sua f. e. m. fa esatto equilibrio alla tensione preesistente: l'alternatore cioè, pure essendo stabilmente allacciato alle sbarre, funziona ancora a vuoto. In queste condizioni l'alternatore assorbe dalla turbina che lo aziona solamente la potenza meccanica P0 che corrisponde alle perdite a vuoto; il suo stato di regime èrappresentato da un diagramma del tipo indicato in fig. 6 a).

Si pone ora il problema di far assumere un certo carico attivo e reattivo al nuovo alternatore, scaricando eventualmente di altrettanto gli altri gruppi. Le regolazioni da compiersi devono essere tali da far sorgere sul diagramma dell'alternatore i due segmenti rappresentativi della potenza reale P e della potenza reattiva Q che si vogliono affidare all'alternatore.

Fig. 6- Diagrammi tipici di un alternatore, nel funzionamento a vuoto e nel funzionamento sotto carico.

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Precisamente bisogna fare in modo che il diagramma della macchina, dalla configurazione iniziale di fig. 6 a), si modifichi fino ad assumere la forma tipica della figura b), nella quale il segmento BC rappresenta come è noto la potenza attiva

P = 3 • V • I • cos ϕ e il segmento AC rappresenta invece la potenza reattiva Q= 3 • V • I • sen ϕ.

Per far assumere all'alternatore una certa potenza attiva P, cioè per far sorgere il segmento BC che la rappresenta, è necessario provocare come si vede un certo anticipo δ della f. e. m. E0 generata dalla macchina rispetto alla tensione V alle sbarre. A questo scopo si deve imprimere direttamente alla ruota polare un corrispondente spostamento in avanti pari ad

αm = δ / p rispetto all'assetto che essa ha nella rotazione a vuoto.

Fig. 6- Diagrammi tipici di un alternatore, nel funzionamento a vuoto e nel funzionamento sotto carico.

Ma poiché questo anticipo determina in immediate erogazione di potenza attiva, esso fa necessariamente sorgere anche una corrispondente coppia di reazione che lo contrasta: ne segue che un tale anticipo non può mai prodursi spontaneamente, ma deve essere forzato applicando all'albero la coppia motrice necessaria a vincere la coppia resistente che esso produce.

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Se l'alternatore è trascinato ad esempio da una turbina idraulica sarà necessario quindi aumentare il grado di apertura delle luci della turbina per far entrare in questa una maggiore quantità di acqua in confronto a quella richiesta nel funzionamento a vuoto. La maggiore coppia motrice impressa tende ad accelerare la rotazione della ruota polare dell'alternatore, la quale comincia così a guadagnare un certo angolo di anticipo αm: corrispondentemente la f. e. m. E0subisce un anticipo di fase δ = p • αm e la macchina comincia ad erogare corrente ; questa va gradualmente crescendo fino a quando la coppia resistente che essa determina non arriva a fare esattamente equilibrio alla maggior coppia motrice applicata ; dopo di ciò il processo di accelerazione momentanea si estingue ed gruppo riprende la marcia sincrona corrispondente alle nuove condizioni di equilibrio dinamico che sono state raggiunte.

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Fig. 7 - Alternatore soggetto a prevalente carico attivo

La configurazione che assume il diagramma vettoriale in conseguenza delle manovre indicate è quella rappresentata in fig. 7, nella quale la corrente 1erogata dall'alternatore risulta a 90° in ritardo rispetto al vettorej X S • I = E0 - V che si è venuto a creare con lo spostamento in avanti del vettore E0 .

Se nel frattempo la potenza attiva richiesta dalla rete rimane invariata èchiaro che nel momento stesso in cui, aprendo le luci della turbina del nuovo alternatore, si affida a questo una parte del carico attivo, bisogna scaricare di altrettanto un altro gruppo. Ciò si ottiene evidentemente chiudendo le luci della turbina di quest'ultimo della stessa quantità di cui si aprono quelle del nuovo gruppo che entra in servizio. La manovra di apertura e chiusura delle luci sui due gruppi deve essere contemporanea, diversamente l'equilibrio dinamico non può ricostituirsi se non attraverso una variazione di velocità e frequenza.

Dalla osservazione del nuovo diagramma si può chiaramente constatare che per mezzo della sola manovra di apertura delle luci di immissione del fluido motore non risulta sensibilmente influenzato il carico reattivo. Gli

stessi diagrammi della fig. 6 mettono in rilievo che se i segmenti rappresentativi delle potenze attive dipendono, nel modo già indicato, essenzialmente dall'angolo di anticipo δ della f. e. m. rispetto alla tensione V alle sbarre, i segmenti rappresentativi delle potenze reattive dipendono invece dalla maggiore o minore ampiezza della f. e. m. E0 rispetto alla tensione.

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Appare chiaro dunque, passando a considerare la regolazione della potenza reattiva Q, come tale regolazione non possa ottenersi cheagendo sul grado di eccitazione della macchina, dal quale precisamente dipende il valore della f. e. m. generata. Partendo ancora dalle condizioni iniziali rappresentate nel diagramma a),della figura 6 è evidente infatti che, ove si immagini di non eseguire nessuna manovra sulle luci della turbina, ma di agire invece sulla eccitazione dell'alternatore, ad esempio aumentandola, si otterrà il risultato di aumentare la f. e. m...

Fig. 6- Diagrammi tipici di un alternatore, nel funzionamento a vuoto e nel funzionamento sotto carico.

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Il diagramma dell'alternatore passa allora dalla sua configurazione iniziale alla nuova configurazione rappresentata dalla figura 8 a) nella quale l'angolo δ è rimasto uguale a zero, mentre il vettore E0 ha assunto una ampiezza maggiore rispetto a V; il vettore rappresentativo della corrente erogata I appare di conseguenza a 90° in ritardo rispetto alla tensione.Il risultato contrario si ottiene se l’eccitazione anziché aumentata viene diminuita: la f. e. m. E0 acquista in tal caso valori minori della tensione V, come in fig. 8 b ) , ed il vettore j XS • I = E0 - V risulta capovolto in confronto al caso precedente; la corrente erogata I passa cosìa 90° in anticipo rispetto alla tensione

Fig. 8 - Diagrammi di un alternatore funzionante con

potenza reale nulla :a)regime sovraeccitatob)regime sottoeccitato.

Si mette dunque in rilievo il fatto importante che le manovre eseguite solo sull'eccitazione spostano esclusivamente il regime delle potenze reattive; ma non variano in nessun modo la potenza attiva. Questa non può essere regolata, se non agendo direttamente sull'immissione del fluido motore che trascina la macchina, onde provocare lo spostamento dell'equilibrio dinamico su valori diversi delle due coppie, motrice e resistente.

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Il carattere essenziale della regolazione , degli alternatori accoppiati in parallelo ad un sistema di sbarre mantenute a tensione e frequenza costanti sta quindi in ciò, che le potenze attive e reattive restano totalmente indipendenti fra loro e debbono essere regolate con due manovre distinte che agiscono rispettivamente sugli organi che regolano l'immissione del fluido motore che trascina gli alternatori, per le potenze attive, e sui reostati di campo che regolano le eccitazioni, per le potenze reattive. Se dopo aver eseguito la manovra di parallelo del nuovo gruppo si vuol conseguire una

Fig. 8- Diagrammi di un alternatore

funzionante con potenza reale nulla :

a) regime sovraeccitatob) regime sottoeccitato.

adeguata regolazione tanto della potenza attiva che della potenza reattiva è necessario eseguire entrambe le manovre, agendo sia sugli organi di immissione del fluido motore, sia sugli organi che regolano la eccitazione dell'alternatore. La prima operazione va effettuata in modo che la velocità del gruppo non abbia a variare affinché non vari la frequenza; a tale scopo è necessario che l'apertura, o la chiusura, delle luci d'immissione avvengano in modo lento e graduale onde ottenere che istante per istante la potenza fornita all'asse corrisponda esattamente alla potenza elettrica generata, e il passaggio della ruota polare dal precedente al successivo assetto di equilibrio si svolga così senza alcuna oscillazione ed a velocità costante. La seconda manovra va effettuata regolando il reostato di campo, in modo che resti invariata la tensione alle sbarre.

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Nel caso in cui la potenza attiva e quella reattiva di un dato carico debbano essere identicamente suddivise tra due gruppi ad esempio uguali, occorre operare in modo da uguagliare le immissioni del fluido motore, aumentandola nel secondo gruppo e diminuendola corrispondentemente nel primo, affinché la immissione totale nell'uno e nell'altro gruppo resti invariata, e poi occorre uguagliare anche le eccitazioni eseguendo l'opposta regolazione dei reostati di campo contemporaneamente nei due alternatori. A carico egualmente ripartito i diagrammi dei due alternatori risultano identici come nella fig. 9; ciascuno eroga metà corrente attiva e metà corrente reattiva per modo che le due correnti I1 e I2 risultano uguali e in fase tra loro, e il fattore di potenza dei due gruppi coincide col fattore di potenza del carico risultante.

·Fig. 9 - Alternatori eguali accoppiati carico attivo e reattivo equiripartiti.

È opportuno sottolineare il concetto che il gioco delle potenze reattive negli alternatori accoppiati è in diretta relazione con le variazioni di tensione da vuoto a carico che avvengono per effetto della reazione di indotto e delle altre cadute induttive.

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Osservando i due diagrammi della figura precedente si rileva infatti che le differenze aritmetiche fra le f. e. m. e la tensione alle sbarre coincidono sensibilmente, data la piccolezza degli angoli δ1e δ2, con i segmenti Al C1, e A2 C2 che rappresentano le potenze reattive. Se dunque su due gruppi identici le f. e. m. sono eguali in valore, anche le potenze reattive sono uguali; ma se si provoca uno sbilancio tra esse, sbilanciando le eccitazioni, le potenze reattive, risultano diverse. E precisamente, siccome la tensione ai morsetti dei due alternatori accoppiati è necessariamente la stessa, quell'alternatore che avrà una maggiore f. e. m. dovrà presentare una maggiore caduta interna di tensione e perciò dovrà erogare una corrente fortemente sfasata in ritardo; l'altro invece avendo una f. e. m. minore, per dare la stessa tensione ai morsetti dovrà avere unaminore caduta interna di tensione e perciò dovrà erogare una corrente meno sfasata.

·Fig. 9 - Alternatori eguali accoppiati carico attivo e reattivo equiripartiti.

Se la f. e. m. di un alternatore ha lo stesso valore della tensione ai morsetti, la caduta di tensione deve essere nulla ed esso non può erogare nessuna potenza reattiva: può invece erogare aria certa potenza attiva, perché quando un alternatore eroga una corrente in fase con la tensione la variazione di tensione é praticamente nulla.

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Se poi uno degli alternatori ha una eccitazione tale da fargli generare una f. e. m. minore della tensione alle sbarre, il suo regime dovrà adeguarsi in modo da determinare una sopraelevazione interna di tensione anziché una caduta, e ciò può accadere solo attraverso una erogazione di corrente sfasata in anticipo sulla tensione. Si dice in tal caso che l'alternatore funziona in regime sottoeccitatoe l'alternatore stesso compensa il difetto di eccitazione erogando una corrente sfasata in anticipo, in quale esercita precisamente nella macchina un effetto magnetizzante. In queste condizioni se il carico complessivo dei due gruppi èinduttivo vuol dire che il secondo alternatore dovrà fornire non solo l'intera corrente swattata richiesta dalla rete, ma anche la corrente swattata in anticipo del primo. Questo secondo alternatore perciò, per mantenere la voluta tensione alle sbarre, dovrà avere una sovraeccitazioneconveniente.

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Fig. 10 - Due gruppi eguali accoppiati: il primo funziona in regime sottoeccitatoerogando una corrente sfasata in anticipo; il secondo èsopraeccitatoper fornire l'intera corrente swattata in ritardo I S richiesta dalla linea e compensare inoltre in corrente in anticipo I’ S del primo. Carico attivo equiripartito. La I’ S costituisce una corrente di circolazione fra le due macchine.

Il regime di funzionamento ora descritto corrisponde ai diagrammi indicati nella fig. 10. Il carico attivo è ugualmente ripartito. Il secondo alternatore fornisce la potenza reattiva rappresentata dal segmento A2C2; essa corrisponde all'intera potenza reattiva di carattere induttivo richiesta dalla rete aumentata della quantità necessaria a compensare la potenza reattiva di segno opposto, e cioè capacitiva, del primo alternatore che funziona in regime sottoeccitato.

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Corrispondentemente la corrente swattata I2S, fornita dal secondo alternatore è composta dall'intera corrente swattata IS richiesta dal carico e dalla parte I’S che non va in linea, ma corrisponde alla corrente swattata in anticipo del primo alternatore. Questa corrente I’Scostituisce così una corrente di circolazione fra le due macchine; il suo effetto è quello di compensare parzialmente lo squilibrio di eccitazione fra i due alternatori esercitando una azione smagnetizzante nell'alternatore sovraeccitato, nel quale essa è in ritardo sulla tensione, e un'azione magnetizzante invece nell'alternatore sottoeccitato rispetto al quale essa è sfasata in anticipo.In definitiva l'alternatore sovraeccitato, attraverso la corrente di circolazione predetta, interviene esso stesso a colmare il suo difetto di eccitazione rispetto al primo.

Nei collegamenti in parallelo fra più centrali, le correnti di circolazione del tipo descritto possono interessare in generale tutte le linee di interconnessione fra le diverse centrali della rete.

La ripartizione dei carichi attivi e reattivi fra queste centrali viene in tal caso eseguita in base al criterio di ridurre al minimo le perdite di potenza ,e le cadute di tensione lungo le linee di interconnessione.

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[Occorre infine osservare che gli alternatori non vengono mai accoppiati in serie tra loro, e ciò per due ragioni. In primo luogo perché manca la necessità pratica di eseguire questo accoppiamento, ed in secondo luogo perché il funzionamento di due o più alternatori accoppiati in serie non è stabile.

La necessità dell'accoppiamento in serie non èsentita, perché il risultato di questo accoppiamento sarebbe solo quello ottenere una tensione più elevata : questo stesso risultato viene invece piùconvenientemente ottenuto coll'impiego di trasformatori elevatori i quali consentono di ottenere qualunque tensione, indipendentemente da quella fornita dagli alternatori.

D'altra parte, che il funzionamento di due alternatori accoppiati in serie non sia stabile, risulta subito considerando il diagramma vettoriale del sistema. Siano V1 e V2 le tensioni fornite dai due alternatori (fig. 11); sarà V = V1 +V2 la tensione risultante ai capi della serie.

Fig. 11 - Il funzionamento di due alternatori accoppiati in serie non è stabile

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Sia I la corrente inviata in linea, sfasata in ritardo di un certo angolo ϕ rispetto alla tensione V. In queste condizioni il prima alternatore eroga la potenza

P1= V1 •I • cos ϕ1 ed i1 secondo la potenza P2= V1 •I • cos ϕ2: la loro somma (IA In potenza

totale inviata in linea P= V •I • cos ϕ. Se ora la coppia motrice applicata, ad esempio al primo alternatore subisce un momentaneo aumento, anche assai lieve, accade che questo alternatore subisce un certo anticipo, e cioè anticipa il vettore V1, rispetto a V2 . Allora la potenza erogata da questo alternatore diminuisce (perché diminuisce cos ϕ1 ) ed in proporzione diminuisce anche la coppia resistente

Fig. 11 - Il funzionamento di due alternatori accoppiati in serie non è stabile

opposta dall'alternatore stesso il quale perciò anticipa ancora di più e l’equilibrio dinamico non può in nessun modo ristabilirsi. Le due tensioni Vl e V2 finiscono quindi per mettersi in opposizione fra loro, con ciò la tensione in linea si annulla e i due alternatori risultano chiusi incorto circuito l'uno sull'altro.Nel funzionamento in parallelo invece, quando un alternatore subisce un anticipo la potenza erogata aumenta e perciò aumenta la coppia resistente, ristabilendo immediatamente l'equilibrio dinamico del gruppo.Il funzionamento di alternatori collegati in serie potrebbe essere reso stabile solo accoppiandoli rigidamente sullo stesso asse].