La potenza nominale di un alternatore è la potenza
apparente erogata in corrispondenza della corrente nominale
e della tensione nominale [VA]. Tale
Sn definisce la prestazione dell'alternatore, essa
è funzione della tensione nominale perché dalla
tensione dipendono le perdite nel ferro e della corrente nominale
perché dalla corrente dipendono le perdite nel rame. Siccome
è dalle perdite che dipende la temperatura nella macchina
a regime termico raggiunto, la potenza nominale determina il cimento
termico della macchina e tale limite non deve essere superato
per nessun motivo.
Si definisce potenza attiva erogata:
dove j è lo sfasamento esterno determinato dall'argomento dell'impedenza di carico. Tale potenza è sempre minore della potenza attiva generata:
dove j0 è lo sfasamento interno. Infatti PJ = (PG - P) rappresenta le perdite negli avvolgimenti d'indotto (statore) che sono pari a
Per quanto riguarda le potenze reattive, con ovvio significato:
Il diagramma vettoriale semplificato di B. E. permette
una valutazione rapida delle potenze. Tale diagramma si ottiene
dall'equazione vettoriale di B. E. avendo trascurato la resistenza
R0 rispetto alla reattanza sincrona XS,
questa operazione è lecita essendo XS>>R0
:
Nella figura si ha O_B = XS·I , B_C = XS·I·cosj , O_C = XS·I·senj.
Inoltre si ha:
Sostituendo nelle precedenti espressioni si ha infine:
che permettono di affermare che i tre lati del triangolo rettangolo OCB sono proporzionali alle potenze erogate dall'alternatore.
Osservando il diagramma vettoriale si vede che è anche B_C = E0·send , ovvero:
dalla quale si ricava
che ci mostra come la potenza erogata sia funzione dell'angolo di carico d secondo la funzione seno. Ovviamente la massima potenza erogabile si ha quando d = 90° e vale:
In pratica il funzionamento dell'alternatore deve essere contenuto
entro angoli di carico sempre notevolmente inferiori ai 90°
al fine di utilizzare il solo tratto ascendente della curva della
potenza. In tale tratto ogni eventuale aumento della coppia motrice
applicata all'asse, facendo aumentare l'angolo di carico determina
un corrispondente aumento della potenza erogata e l'equilibrio
dinamico si ricostituisce perché l'aumento della potenza
erogata a sua volta determina l'aumento della coppia elettromagnetica
frenante. L'angolo di carico d =
90° e la potenza erogata PMAX rappresentano
il limite di stabilità dell'alternatore. Nel funzionamento
normale bisogna stare ben al di sotto di tale limite.
Per quanto riguarda la coppia elettromagnetica frenante, si ricavano le seguenti espressioni:
dove la relazione tra la velocità angolare W e la pulsazione w è:
Macchine sincrone
Programma per la classe quinta
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