Capitolo 2 Motori e generatori per gruppi elettrogeni · accoppiamento tra motore e generatore. 2.2...

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Emilio Giomo

Capitolo 2 – Motori e generatori per gruppi elettrogeni

2.1 Introduzione

In questo capitolo si prendono in esame i motori ed i generatori che equipaggiano i gruppi

elettrogeni. Si ritiene opportuno analizzare questi componenti, poiché sono i soggetti che

determinano le prestazioni dell’intero complesso; la conoscenza delle loro caratteristiche e delle

loro peculiarità è fondamentale per comprendere ed individuare quali sono e possono essere le

performance dei gruppi elettrogeni.

La trattazione che segue è svolta singolarmente per i motori e per i generatori, ma è del tutto

equivalente dal punto di vista logico. Nella prima parte si procede alla classificazione delle

macchine, secondo la suddivisione per gamme di potenza, soffermando poi l’attenzione alle

caratteristiche dei motori e dei generatori per ogni singola fascia. Per agevolare il lettore, vengono

presentate delle tabelle riassuntive dei dati caratteristici, al fine di semplificarne la comprensione ed

il confronto.

Alcuni argomenti specifici sono illustrati con propri paragrafi, mentre altri sono ripresi e

discussi all’interno della stessa classificazione, poiché sono di più stretta pertinenza con alcune

gamme di potenza.

In un paragrafo a sé stante, a conclusione del capitolo, si analizzano le metodologie di

accoppiamento tra motore e generatore.

2.2 Motori per gruppi elettrogeni

2.2.1 Classificazione dei motori

I gruppi elettrogeni per applicazioni terrestre possono essere allestiti:

con motori alternativi ad accessione comandata;

con motori alternativi ad accensione per compressione;

con turbine a gas.

La scelta del tipo di motore da utilizzare per il gruppo elettrogeno è influenzata da una serie di

fattori fra loro interagenti. Il primo in ordine di importanza è dato dalla potenza che il gruppo

elettrogeno deve generare: ogni tipologia di motore copre una certa gamma di potenza e, di

conseguenza, esistono sul mercato specifici motori per fasce proprie di erogazione. In tal senso si

Capitolo 2. Motori e generatori per gruppi elettrogeni

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rende opportuno suddividere i motori secondo la classificazione precedentemente introdotta e

riassunta dal diagramma di Figura 2.1.

a benzina

a gas

a gasolio

Motori alternativi

a gasTurbine

Potenza GE

Gruppi

elettrogeni

piccolissima

potenza

1 ≤ P < 7 kWe

medio - piccola

potenza

7 ≤ P < 25 kWe

medio - grande

potenza

25 ≤ P ≤ 800 kWe

grande

potenza

> 800 kWe

Figura 2.1 Classificazione dei motori primi

Il secondo fattore, in realtà un insieme omogeneo di elementi, che determina la scelta del

motore è vincolato alla destinazione d’uso del gruppo elettrogeno. La trasportabilità, la

maneggevolezza, il consumo del carburante, gli obblighi di carattere normativo, la disponibilità di

particolari combustibili, il tipo di servizio che deve svolgere il gruppo elettrogeno, sono elementi

che incidono in modo rilevante sulla scelta del motore. Ad esempio, nell’allestimento di gruppi

elettrogeni trasportabili è preferibile l’uso di motori a benzina, poiché, in questo caso, il fattore peso

è predominante rispetto a tutti gli altri ed il motore a benzina è, appunto, meno pesante rispetto ad

un motore diesel di pari potenza. Altro esempio è l’installazione di gruppi elettrogeni sul tetto: essa

non è consentita, se non tramite opportune deroghe, per gruppi elettrogeni con motore a gasolio,

mentre è concessa per macchine alimentate a gas metano.

E’ di fondamentale importanza, pertanto, conoscere le caratteristiche dei motori presenti sul

mercato per poter essere in grado di effettuare una corretta scelta. A tal fine si analizzano, nei

paragrafi a seguire, le proprietà dei motori seguendo lo stesso filo logico richiamato

precedentemente. Ai motori alternativi a gas e alle turbine è dedicato un breve accenno con

paragrafi dedicati, poiché trattasi di macchine il cui utilizzo nel campo della generazione è limitato

a casi particolari. Si ritiene opportuno in questa sede dare risalto alle macchine delle gamme di

medio - grande e di grande potenza, in quanto sono quelle di maggior diffusione e di grande

rilevanza dal punto di vista applicativo.

Prima della esposizione delle varie tipologie di motori si analizzerà l’argomento della

regolazione del numero di giri che è comune a tutte le fasce di erogazione.


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2.2.2 La regolazione del numero di giri

Il motore primo deve funzionare ad un regime di giri costante in modo da mantenere la

frequenza ad un valore fisso di 50 o 60 Hz. Infatti, la frequenza è legata al numero di giri con la

relazione

][60

Hzpn

f

dove n è il numero di giri in [giri/min] e p è il numero di coppie polari dell’alternatore.

Una qualsiasi variazione della coppia resistente all’albero del motore provoca un mutamento

del suo numero di giri. Per riportare il motore al regime di rotazione precedente è necessario

riequilibrare il sistema con una coppia motrice equivalente: questa può essere variata modificando

la portata del combustibile all’interno dei cilindri, cioè agendo sul dispositivo di mandata. Quindi,

per assicurare il funzionamento a giri costanti, il motore deve essere provvisto di un sistema

automatico che provvede alla sua regolazione. Per questo motivo i motori sono dotati di regolatore

automatico del numero di giri che agisce sul sistema di alimentazione del combustibile,

aumentandone o diminuendone la relativa portata.

I regolatori si possono distinguere in due classi: regolatori meccanici e regolatori elettronici. I

regolatori meccanici si basano sul principio delle masse rotanti, il cui settaggio è effettuato

mediante la messa in tensione di apposite molle: la precisione e il tempo di risposta del sistema

sono influenzate dai giochi, dagli attriti, dalle tolleranze e dall’inerzia dei dispositivi costituenti il

regolatore e, solitamente, sono molto più ampie rispetto ai sistemi elettronici. Quest’ultimi essendo

privi di organi meccanici (a parte l’attuatore che agisce direttamente sul dispositivo di mandata del

combustibile) hanno precisione e tempi di risposta molto contenuti. In linea del tutto indicativa, i

regolatori elettronici sono montati di serie sui motori aventi potenza maggiore di 130 kWm.

Lo statismo dei regolatori di velocità è normalmente del 5% per i regolatori meccanici, mentre è

regolabile nei regolatori elettronici. Per quest’ultimi, la funzione dello statismo viene esclusa

quando il gruppo elettrogeno funziona in isola e, pertanto, il funzionamento della macchina è

praticamente isocrono, cioè a frequenza costante per tutto il campo di erogazione, da zero alla

potenza nominale. Nei regolatori meccanici lo statismo è fisso, cioè è presente sia che la macchina

funzioni in isola sia in parallelo con la rete.

La scelta del regolatore è funzione della precisione richiesta dal carico nei confronti della

frequenza. Se l’utenza richiede una elevata precisione, il sistema di regolazione di giri deve essere

elettronico, mentre negli altri casi può essere meccanico.

La taratura del numero di giri del motore è effettuata direttamente dal costruttore del gruppo, in

funzione dello statismo del regolatore di velocità. Durante le prove a vuoto e quelle a carico viene


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verificata e regolata la velocità (frequenza), affinché alla potenza nominale corrisponda un regime

di giri equivalente alla frequenza nominale (50 Hz o 60 Hz). Ad esempio per un gruppo elettrogeno

allestito con un alternatore a quattro poli (p=2) e un motore con regolatore di giri con uno statismo

del 5%, è necessario regolare la velocità a vuoto a 1575 giri/min - 52.5 Hz, in modo che, al 100%

della potenza nominale, si abbia una frequenza di 50 Hz - 1500 giri/min (Figura 2.2). Alle

condizioni intermedie di carico, tra zero e il 100% della potenza nominale, il gruppo elettrogeno

funzionerà ad una frequenza compresa tra i 52.5 Hz e i 50 Hz.

Nel funzionamento isocrono la frequenza rimane costante per qualsiasi valore del carico

applicato al motore; la retta dello statismo, nel grafico velocità – potenza, è parallela all’asse delle

ascisse e posizionata ad una valore pari alla velocità (frequenza) nominale.

Statismo 5%

1460

1480

1500

1520

1540

1560

1580

1600

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Potenza attiva in % della nominale

Velocità

[giri/min]

Figura 2.2 Andamento della velocità in funzione della potenza generata dal motore

per uno statismo del 5% e del 0% (funzionamento isocrono)

Nel caso di collegamento in parallelo alla rete, la frequenza è imposta dalla rete stessa che viene

immaginata equivalente ad un generatore di potenza infinita. Pertanto, il gruppo elettrogeno deve

funzionare ad una frequenza fissa e non è ammissibile, nelle varie condizioni di carico, una

frequenza diversa dalla nominale. Questo implica che il numero di giri deve essere tarato con

continuità, al variare del carico applicato all’asse del motore. Riprendendo l’esempio precedente e

tenendo presente che lo statismo conserva lo stesso andamento per qualsiasi riferimento della

velocità a vuoto, mantenere la velocità (frequenza) ad un valore costante significa dover traslare la

retta dello statismo parallelamente a se stessa. In poche parole, il mantenere costante la frequenza ai

vari regimi di carico significa aumentare o diminuire il riferimento della velocità a vuoto (Figura

2.3). Ad esempio, per ottenere una frequenza di 50 Hz all’80% della potenza nominale, è necessario

Statismo 0% (isocrono)


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che la velocità a vuoto sia regolata a circa 1560 g/min, mentre al 25% della potenza nominale la

velocità a vuoto deve essere di circa 1520 g/min.

Statismo 5%

1400

1420

1440

1460

1480

1500

1520

1540

1560

1580

1600

0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100

Potenza attiva in % della nominale

Velocità

[giri/min]

25% di Pn 80% di Pn

Figura 2.3 Regolazione del riferimento della velocità a vuoto in funzione della potenza generata per la gestione del

parallelo tra la rete e un motore dotato di regolatore con statismo del 5%

La regolazione della velocità a vuoto consente di ripartire il carico tra la rete ed il gruppo

elettrogeno. La gestione della ripartizione del carico viene effettuata da dispositivi automatici che,

oramai, sono quasi esclusivamente di tipo elettronico.

2.2.3 Motori alternativi

2.2.3.1 Motori alternativi per gruppi elettrogeni di piccolissima potenza

I motori disponibili per questa gamma di potenza possono essere a benzina, a due o quattro

tempi, o a gasolio. Il tipo di alimentazione influisce sulla destinazione d’uso del gruppo elettrogeno:

ad esempio, negli allestimenti di gruppi elettrogeni trasportabili trovano largo impiego i motori a

benzina a quattro tempi, poiché hanno un peso ed una emissione sonora limitati rispetto ai motori a

gasolio. Nelle applicazioni di emergenza, invece, è preferibile l’utilizzo di motori diesel, perché

hanno una maggior affidabilità nell’avviamento a freddo.

In ambo i casi i motori sono generalmente equivalenti per quanto riguarda la costruzione e

dotazione standard fornita dai vari costruttori: sono solitamente monocilindrici, ad aspirazione

naturale, raffreddati ad aria, funzionanti ad un regime di rotazione di 3000 giri/min e dotati di

avviamento manuale con autoavvolgente, per motori a benzina, e avviamento elettrico per i motori a


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gasolio (il sistema manuale con autoavvolgente è equivalente a quello montato sui motori dei

tosaerba).

a. b.

Figura 2.4 Motori per gruppi elettrogeni di piccolissima potenza: a. a benzina b. a gasolio

I motori sono allestiti con regolatore automatico del numero di giri e con presa di moto conica

per l’accoppiamento con il generatore.

Le caratteristiche di questi motori sono in sintesi:

un rapporto peso/potenza all'incirca di 5 kg/kWm e 9 kg/kWm, rispettivamente per motori

a benzina e per motori a gasolio;

una irregolarità ciclica piuttosto elevata (i motori sono monocilindrici e non sono dotati

di volano smorzatore);

una regolazione del numero di giri con elevato statismo (≥ 5%);

una presa di carico limitata al 70 % della potenza nominale;

una emissione sonora contenuta entro i 70 dB(A) a 7 metri, per motori a benzina, e di 85

dB(A) a 7 metri per i motori a gasolio;

una elevata sensibilità alle condizioni ambientali di funzionamento, per i motori a

benzina, mentre quelli a gasolio sono meno suscettibili alle variazioni di temperatura,

umidità relativa e pressione atmosferica;

una mediocre affidabilità nell’avviamento a freddo dei motori a benzina;

un consumo del carburante relativamente elevato nei motori a benzina.

Come si desume, sulla scelta del motore pesa la sua alimentazione. I motori a benzina si

addicono ai casi in cui è necessario una sorgente di energia trasportabile e poco rumorosa, mentre

sono da evitare le loro applicazioni per gruppi di emergenza, date le loro difficoltà di avviamento a

freddo. Sono da preferirsi i motori a gasolio quando è necessario una sorgente di energia stazionaria

e/o di emergenza, sia per il buon comportamento nell’avviamento a freddo che per il ridotto

consumo di carburante.


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In generale, i gruppi elettrogeni allestiti con questi motori non sono indicati per l’alimentazione

di circuiti che richiedono condizioni restrittive nella precisione in frequenza e pulizia della forma

d’onda di tensione.

In Figura 2.5 sono riassunte le caratteristiche principali dei motori di questa gamma di potenza.

Motori per gruppi

elettrogeni di

Numero di giri [giri/min]:

Raffreddamento:

Aspirazione:

Irregolarità ciclica:

Presa di carico:

Statismo regolatore velocità:

Precisione regolatore di velocità:

Sensibilità alle condizioni ambientali:

Peso/potenza [kg/kWm]:

Emissione sonora [dB(A) a 7 m]:

Avviamento a freddo:

Consumo carburante [g/kWmh]:

piccolissima

potenza

1 ≤ P < 7 kWe

benzina gasolio

3000

aria

Naturale

elevata

≤ 70% Pn

≥ 5%

≥ 2%

elevata

~ 5

< 70

scarso

350 ÷ 400

3000

aria

Naturale

elevata

≤ 70% Pn

≥ 5%

≥ 2%

media

~ 9

< 85

buono

250 ÷ 280

Motori

Figura 2.5 Prestazioni dei motori per gruppi elettrogeni di piccolissima potenza

2.2.3.2 Motori alternativi per gruppi elettrogeni di medio - piccola potenza

I motori disponibili sul mercato per le applicazioni comprese tra i 7 kWe e i 25 kWe sono quasi

esclusivamente a gasolio. Si ritiene poco significativa, in questo contesto, l’analisi dei motori a

benzina, poiché il loro utilizzo è limitato a qualche unità.

In questa gamma si distinguono due tipologie di motori: a 1500 giri/min e a 3000 giri/min.

Questi ultimi sono utilizzati quando si devono contenere le dimensioni ed il peso del gruppo

elettrogeno, poiché generano una potenza meccanica superiore, a parità di cilindrata, rispetto a

quelli a 1500 giri/min. Per contro, le macchine a 3000 giri/min sono soggette ad una maggior usura

ed hanno una maggiore emissione sonora; pertanto, non sono adatte ai casi dove sono richieste

rumorosità contenute (< 70 dB(A) a 7 m) e dove è necessario un funzionamento continuo della

sorgente di energia (ad esempio alimentazione di utenze in zone non elettrificate).


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Anche in questa gamma i motori sono generalmente equivalenti nella loro costruzione e nella

loro dotazione standard. Essi sono pluricilindrici con disposizione in linea, normalmente ad

aspirazione naturale, raffreddati ad aria o ad acqua e dotati di avviamento elettrico, di regolatore

automatico del numero di giri e di presa di moto con volano per l’accoppiamento con il generatore.

Le caratteristiche di questi motori sono in sintesi (vedi anche Figura 2.6):

un rapporto peso/potenza di circa 8 e 13 kg/kWm, rispettivamente per macchine a 3000

giri/min e per macchine a 1500 giri/min;

una irregolarità ciclica piuttosto elevata nei motori a 1500 giri/min (i motori hanno un

numero di cilindrici limitato con poche fasi attive nell’unità di tempo);

una regolazione del numero di giri con elevato statismo (≤ 5%);

una presa di carico limitata all’80 % della potenza nominale;

una emissione sonora di circa 80 dB(A) a 7 metri, per motori a 1500 giri/min, mentre

superiore agli 80 dB(A) a 7 metri per i motori a 3000 giri/min;

una buona affidabilità nell’avviamento a freddo (nei motori a 3000 giri/min risulta più

critico il raggiungimento del regime termico);

un consumo del carburante relativamente elevato nei motori a 3000 giri/min.

Motori per gruppi

elettrogeni di

Raffreddamento:

Aspirazione:

Irregolarità ciclica:

Presa di carico:

Statismo regolatore di velocità:





Consumo carburante [g/kWmh]:

3000 giri/min 1500 giri/min

aria o acqua

Naturale o Sovralimentata

ridotta

≤ 80 % Pn

≤ 5%

2%

~ 8

> 80

buono

245 ÷ 265

aria o acqua

Naturale o Sovralimentata

elevata

≤ 80 % Pn

≤ 5%

2%

~ 13

≤ 80

buono

225 ÷ 245

Motori a gasolio

medio - piccola

potenza

7 ≤ P < 25 kWe

Figura 2.6 Prestazioni dei motori per gruppi elettrogeni di medio - piccola potenza


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Dai questi dati si deducono quali possono essere i campi applicativi delle due tipologie di

motori: quelli a 3000 giri/min si prestano per essere allestiti su gruppi elettrogeni a cui è richiesto

un funzionamento saltuario (gruppi elettrogeni di emergenza), oppure dove il fattore

peso/dimensioni è la caratteristica predominante rispetto a tutte le altre e, ancora, dove l’emissione

sonora non costituisce un problema; in tutti gli altri casi è consigliato l’utilizzo di motori a 1500

giri/min.

2.2.3.3 Motori alternativi per gruppi elettrogeni di medio-grande e grande potenza

In queste gamme sono presenti esclusivamente motori alimentati a gasolio funzionanti a 1500

giri/min. Risultano tecnicamente improponibili macchine a 3000 giri/min, per le notevoli

sollecitazioni dovute alle forze centrifughe che si genererebbero sugli avvolgimenti dei generatori e

sulle masse rotanti degli stessi motori. Essi sono pluricilindrici con disposizione in linea o a V,

raffreddati ad acqua, dotati di avviamento elettrico, di regolatore automatico del numero di giri e di

presa di moto con albero corredato di volano per l’accoppiamento con il generatore.

Anche in questa classe di macchine si può stilare una classificazione dei motori. L’elemento

che genera la suddivisione in queste gamme di potenza è il tipo di aspirazione: essa influenza in

modo determinante le prestazioni dei motori in termini di potenza erogata, di consumo del

carburante e di presa di carico. Si distinguono, così, tre tipologie di macchine:

motori ad aspirazione naturale;

motori ad aspirazione sovralimentata;

motori ad aspirazione sovralimentata ed interrefrigerata.

Il dato oggettivo da cui si rileva questa distinzione è la pressione media effettiva (pme). Infatti,

ogni tipo di aspirazione è caratterizzato da un valore di pme massimo raggiungibile, che determina,

di conseguenza, le massime prestazioni fornibili dal motore. La potenza utile generata dal motore è

calcolabile, per l’appunto, mediante la relazione:

][ kWm

nVpmeP totu

dove

- pme è la pressione media effettiva misurata in [MPa];

- Vtot è la cilindrata del motore in [dm3]

- n è il numero di giri del motore (gruppo elettrogeno) in [giri/s];

- m è il numero di giri necessario per compiere un ciclo (2 per i motori a quattro tempi).


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Essendo il numero di giri costante, la pme fornisce, a meno del fattore m

n, l’indicazione della

potenza specifica per unità di cilindrata:

3

dm

kW

V

Pkpme

tot

u

Nel caso specifico di macchine a quattro tempi e funzionanti a 1500 g/min, il fattore m

n è pari a

12.5.

La pme è definita anche come rapporto tra il lavoro utile e la cilindrata, cioè:

iav

utot

u H

V

Lpme

dove

- ηu è il rendimento utile del ciclo di lavoro del motore (rapporto tra il lavoro utile per ciclo

e l’energia introdotta, intesa come prodotto tra la massa di combustibile introdotto per

ciclo e il suo potere calorifico);

- λv è il coefficiente di riempimento d’aria dei cilindri (rapporto tra massa d’aria comburente

aspirata per ciclo e una massa d’aria di riferimento, assunta pari al prodotto della densità

dell’aria nell’ambiente di aspirazione e il volume);

- ρa è la densità dell’aria nei condotti di aspirazione;

- Hi è il potere calorifico inferiore del combustibile (per il gasolio è pari a 42.5 MJ/kg);

- α è la dosatura della miscela di aria e combustibile (rapporto tra massa d’aria comburente

per ciclo e la massa di combustibile per ciclo).

Assumendo, per semplicità, costanti la dosatura, il rendimento utile e il potere calorifico, si

desume che la pme è direttamente proporzionale al coefficiente di riempimento e alla densità

dell’aria nei condotti di aspirazione. Pertanto, per aumentare la pme, e conseguentemente la potenza

dei motori, è necessario aumentare la quantità d’aria comburente all’interno dei cilindri e la

pressione nei collettori di aspirazione. Questo è ottenibile con un sistema di compressione dell’aria

comburente, cioè con la sovralimentazione e con l’aggiunta, eventuale, del raffreddamento dell’aria

compressa (interrefrigerazione).

Questioni tecniche ed operative limitano verso l’alto i valori raggiungibili dai parametri

sopraindicati e, quindi, per ogni specifica modalità di aspirazione, sono ottenibili dei valori tipici

della pme. Dalla consultazione dei cataloghi si può desumere quanto segue:

per motori ad aspirazione naturale la pme massima è circa di 0.8 MPa;

per motori ad aspirazione sovralimentata la pme massima è circa di 1.5 MPa;


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Emilio Giomo

per motori ad aspirazione sovralimentata ed interrefrigerata la pme può raggiungere i 2.5

MPa;

Sulla base dei valori espressi, si ricava una potenza specifica pari:

a circa 10 kW/dm3 per motori ad aspirazione naturale;

a circa 18 kW/dm3 per motori ad aspirazione sovralimentata;

a circa 30 kW/dm3 per motori ad aspirazione sovralimentata ed interrefrigerata.

Come si nota, a parità di cilindrata, un motore sovralimentato ed interrefrigerato può generare

una potenza tripla rispetto ad un motore ad aspirazione naturale. Come si vedrà in seguito questo va

a discapito delle prestazioni in transitorio, per effetto dell’elevato tempo di ripristino delle

condizioni di regime del sistema di aspirazione.

L’interrefrigerazione dell’aria comburente può essere effettuata in due modi: ad aria o ad acqua.

Nel primo caso la refrigerazione è effettuata mediante uno scambiatore di calore posto sul radiatore

del motore: l’aria che lambisce il radiatore per il raffreddamento del motore, provvede anche alla

refrigerazione dell’aria comburente (scambiatore aria-aria). Nel secondo caso, invece, l’aria

comburente viene raffreddata da uno scambiatore di calore in cui viene fatta circolare la stessa

acqua di raffreddamento del motore (scambiatore aria-acqua). Il primo sistema risulta

particolarmente efficiente, consentendo di ottenere pressioni medie effettive sensibilmente più

elevate rispetto al secondo.

Motori per gruppi

elettrogeni di

medio - grande

potenza

25 ≤ P ≤ 800 kWe

grande

potenza

> 800 kWe

naturale

sovralimentata

sovralimentata ed interrefrigerata

Aspirazione

Legenda:

TCA = aspirazione sovralimentata ed interrefrigerata aria-aria;TCW = aspirazione sovralimentata ed interrefrigerata aria-acqua;

TCA TCW

Figura 2.7 Classificazione dei motori per gruppi elettrogeni di medio – grande e grande potenza

Il consumo del combustibile diminuisce all’aumentare della pressione media effettiva, in virtù

del miglioramento del rendimento utile ηu. Infatti, se si confrontano motori di pari potenza, ma con


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pme diverse, risulta che il motore con pme più alta ha un consumo del combustibile più basso.

Questo può essere constatato analizzando l’espressione del consumo combustibile:

iub

Hq

1

essendo il rendimento utile ηu dato dal prodotto del rendimento del ciclo limite ηlim, del rendimento

termofluidodinamico interno ηTi e dal rendimento organico ηo. Assumendo, in prima ipotesi,

costanti sia il rendimento del ciclo limite sia il rendimento termofluidodinamico interno, si ha che il

rendimento utile è proporzionale al rendimento organico. Questo tiene conto delle perdite

meccaniche insite al motore, cioè, in prima istanza, dalla cilindrata. Pertanto, i motori con bassa

cilindrata, a parità di potenza erogata, hanno un rendimento organico più alto e quindi un maggior

rendimento utile. In conclusione, all’aumentare della pressione media effettiva diminuisce il

consumo del combustibile (vedi dati riportati nella Figura 2.10).

Il valore della pme, oltre a fornire un’indicazione sulla potenza specifica delle macchine, è un

buon indice delle prestazioni dei motori nei confronti della presa di carico. Questa è una fase molto

delicata del funzionamento di un motore e si verifica ogniqualvolta si presenta una variazione

repentina della coppia resistente (variazione di carico assorbito dall’utenza). Per riportare il motore

alla velocità nominale, il regolatore di giri provvede ad aumentare o diminuire il flusso del

combustibile per il sistema di alimentazione che, a sua volta, lo inietta all’interno dei cilindri. Nello

stesso tempo, perché avvenga la combustione, deve confluire la giusta quantità di aria comburente,

che viene convogliata mediante il sistema di aspirazione. Questo processo ha un tempo di risposta

superiore a quello della catena regolazione di giri - iniezione del combustibile e, quindi, le

prestazioni del motore, nel transitorio, sono fortemente dipendenti dalla tipologia di aspirazione

dell’aria comburente.

In particolare gli elementi che hanno influenza nel comportamento in transitorio sono: la

lunghezza dei condotti di aspirazione, il sistema di interrefrigerazione dell’aria comburente, il

sistema di sovralimentazione. In realtà i primi due fattori sono fra loro correlati: con

l’interrefrigerazione aria-aria si deve inviare l’aria comburente, una volta compressa, verso il

radiatore e, successivamente, da questo convogliarla verso i cilindri; con l’interrefrigerazione aria-

acqua, invece, lo scambiatore di calore è posto a bordo del motore e direttamente collegato al

collettore di aspirazione (vedi Figura 2.8 e Figura 2.9). Pertanto, nel secondo caso, l’aria percorre

un tragitto che è meno della metà del primo, con la conseguenza che il motore con

interrefrigerazione aria-acqua ha un tempo di risposta più breve.


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Emilio Giomo

Figura 2.8 Motore ad aspirazione sovralimentata ed interrefrigerata aria-aria (TCI)

Figura 2.9 Motore ad aspirazione sovralimentata ed interrefrigerata aria-acqua (TCW)

Le prestazioni sulla presa di carico dei motori si possono individuare, in linea di massima,

confrontando la pme, corrispondente alla potenza nominale, con alcuni valori di riferimento. In base

a prove eseguite dal sottoscritto, e a quanto indicato dai vari costruttori di motori, si possono fissare

i seguenti limiti:

motori per gruppi elettrogeni da 25 a 800 kWe:

o per deviazioni di velocità tra il 5% ed il 10% della nominale il massimo carico

inseribile a gradino è corrispondente ad una pme pari a 1.2 MPa;

o per deviazioni di velocità tra il 10% ed il 15% della nominale il massimo carico

inseribile a gradino è corrispondente ad una pme pari a 1.3 MPa;

Aria aspirata

Aria aspirata

Aria compressa da refrigerare per il radiatore

Scambiatore aria-acqua

Turbocompressore

Aria compressa refrigerata dal radiatore

Turbocompressore

Gas combusti

Gas combusti


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Emilio Giomo

motori per gruppi elettrogeni superiori a 800 kWe:

o ad aspirazione TCA:

per deviazioni di velocità entro il 10÷15% della nominale il massimo

carico inseribile a gradino è corrispondente ad una pme pari a 0.8 MPa;


carico inseribile a gradino è corrispondente ad una pme pari a 1.0 MPa;

o ad aspirazione TCW:


carico inseribile a gradino è corrispondente ad una pme pari a 1 MPa;


carico inseribile a gradino è corrispondente ad una pme pari a 1.2 MPa.

La distinzione tra le due fasce di potenza è determinata dalla struttura dei motori. In particolare,

i motori per gruppi elettrogeni superiori agli 800 kWe sono caratterizzati da grandi masse rotanti e

notevoli dimensioni che compromettono il loro comportamento nel regime dinamico. Per questo le

loro prestazioni sono peggiorative rispetto ai motori della fascia tra i 25 ed i 800 kWe. Naturalmente

i valori indicati non hanno la presunzione di scientificità, ma forniscono, in linea di principio, una

base su cui valutare le prestazioni dei motori a riguardo della presa di carico.

Nella Figura 2.10 vengono riassunti i dati caratteristici dei motori di queste gamme di potenza.

Motori per gruppi

elettrogeni di

Raffreddamento:

Aspirazione:

Pressione media effettiva [MPa]:

Potenza specifica [kW/dm3]:

Presa di carico:



Peso/potenza [kg/kW]:



Consumo carburante [g/kWh]:

acqua

NA

≤ 0.8

10

100 % Pn

≤5% - 0%

2% - 0.5%

10

≥ 85

buono

225 ÷ 245

medio - grande

potenza

25 ≤ P ≤ 800 kWe

acqua

TCA-TCW

≤ 2.5

30

≤ 50 % Pn

0%

0.5%

3.5 ÷ 4.5

≥ 85

buono

190 ÷ 205

acqua

TC

≤ 1.5

18

70 % Pn

≤5% - 0%

2% - 0.5%

5 ÷ 8

≥ 85

buono

210 ÷ 225

acqua

TCA-TCW

≤ 2.5

30

50 % Pn

≤5% - 0%

2% - 0.5%

3.5 ÷ 5

≥ 85

buono

200 ÷ 210

grande

potenza

> 800 kWe

Figura 2.10 Prestazione dei motori per gruppi elettrogeni di medio – grande e grande potenza

2.2.3.4 Motori alternativi a gas


21

Emilio Giomo

I motori alternativi a gas derivano costruttivamente dai motori diesel. Infatti, sono allestiti con

lo stesso monoblocco, lo stesso albero motore, la stessa struttura di fissaggio e vengono modificati

opportunamente in alcune loro parti per essere adattati al tipo di combustibile utilizzato.

Naturalmente queste macchine devono essere provviste di alcuni sistemi caratteristici dei

motori ad accensione comandata; infatti, sono dotati di un apparato di accensione, con candela e

bobina per ogni cilindro, e di un sistema di carburazione che provvede alla corretta miscelazione tra

gas e l’aria comburente.

Le testate sono completamente diverse da quelle dei motori diesel. Infatti, oltre la necessità

della candela come elemento di accensione, abbisognano di una camera di scoppio con una

conformazione tipica dei motori a scoppio. I rapporti di compressione, inoltre, sono notevolmente

inferiori rispetto a quello dei motori diesel, per evitare il fenomeno della detonazione (10÷12:1 dei

motori a gas contro i 14÷19:1 dei motori diesel).

Il costo dei motori a gas, a parità di potenza erogata, è sensibilmente più grande rispetto a

quello dei motori diesel. Infatti, la loro ridotta produzione unita ai limiti tecnici di potenza

ottenibile, sono elementi che determinano l’incremento dei costi, che oscillano tra il 50% ed il

100% dei motori diesel. Il loro utilizzo è limitato ai casi dove la convenienza del gas, rispetto il

gasolio, determina un ritorno economico, cioè laddove si hanno grandi consumi di combustibile. Per

questo il loro campo di utilizzo è limitato alla cogenerazione, dove il gruppo elettrogeno lavora per

molte ore all’anno.

I motori a gas non sono adatti per le tipiche applicazioni dei gruppi elettrogeni. Infatti, sono

particolarmente sensibili alle variazioni delle condizioni ambientali (problemi legati alla

carburazione), hanno difficoltà nell’avviamento a freddo e non possiedono grandi capacità di presa

del carico; è sconsigliabile il loro utilizzo per gruppi elettrogeni di emergenza o per macchine che

devono sottostare a continue variazioni di temperatura ed umidità (ad esempio gruppi elettrogeni

carrellati che possono essere spostati da un sito all’altro). Per contro, hanno una minor emissione

sonora rispetto ai diesel e, se adeguatamente tarati, emettono minor inquinanti in atmosfera. E’

chiaro, quindi, che i motori a gas sono particolarmente adatti per il funzionamento continuo a carico

costante cioè, per l’appunto, per la cogenerazione con il gruppo elettrogeno in parallelo alla rete.


22

Emilio Giomo

Figura 2.11 Motore a gas da 1042 kWm

Nella Figura 2.12 vengono riassunti i dati caratteristici dei motori alternativi a gas.

Motori alternativi

a gas

Raffreddamento:

Aspirazione:

Rapporto di compressione:

Pressione media effettiva [MPa]:

Potenza specifica [kWm/dm3]:

Presa di carico:





Consumo carburante [kJ/kWms]:

acqua

NA – TC – TCA/W

12:1 gas naturale

10:1 gas propano

≤ 1.5

9 ÷ 18

≤ 20 % Pn

0

5.5 ÷ 9

≤ 85

scarso

2.40 ÷ 2.90

Figura 2.12 Dati caratteristici e prestazioni dei motori a gas

2.2.4 Motori a turbina a gas

Le turbine a gas hanno una diffusione limitata nel campo dei gruppi elettrogeni. Trovano

impiego in specifici ambiti, quali la cogenerazione, oppure laddove sono richieste elevate

concentrazioni di energia e ridotte vibrazioni. Infatti, le turbine a gas sono caratterizzate da un

rapporto peso/potenza molto contenuto e funzionano a regimi di rotazione più elevati rispetto a

quelli dei motori alternativi. Per contro, la loro ridotta efficienza elettrica, la sensibilità alle


23

Emilio Giomo

condizioni ambientali e il difficoltoso raggiungimento delle condizioni di regime, fanno sì che il

loro utilizzo non sia adatto alle tipiche applicazioni dei gruppi elettrogeni.

Le turbine a gas coprono una gamma di potenza dalla centinaia di kWe alla centinaia di MWe.

Ultimamente sono proposte soluzioni di microturbine dell’ordine delle decine di kWe, non

trovando, comunque, una diffusione apprezzabile per la loro difficoltosa gestione e conduzione.

Nella Figura 2.13 è riportato l’andamento della potenza in funzione della temperatura ambiente

e un tipico accoppiamento tra turbina e generatore. Nella Figura 2.14 sono riportati sinteticamente i

dati caratteristici delle turbine a gas utilizzate nell’ambito della generazione elettrica.

a.

b.

Figura 2.13 a. Andamento della potenza erogata in funzione della temperatura ambiente

b. Accoppiamento turbina-generatore

(Fonte: KAWASAKI Gas Turbine Europe GmbH)

Motori a turbina

a gas

Potenza [MWm]:

Presa di carico:






Consumo carburante [kJ/kWms]:

0.1 ÷ 100

scarsa

0%

±0.25%

10 ÷ 2

≤ 85

scarso

5 ÷ 3

Figura 2.14 Dati caratteristici e prestazioni delle turbine a gas


24

Emilio Giomo

2.3 Generatori per gruppi elettrogeni

2.3.1 Classificazione dei generatori

I gruppi elettrogeni possono essere allestiti:

con generatori in corrente continua;

con generatori in corrente alternata di tipo asincrono o sincrono (in BT o in MT).

I primi hanno scarse applicazioni, limitate a qualche sporadico caso in cui è esclusivamente

necessaria l’alimentazione in c.c.. Attualmente vengono sostituite da macchine in corrente alternata

abbinate a raddrizzatori, che garantiscono una maggior flessibilità di impiego. Dato lo scarso

utilizzo non si ritiene utile, in questo contesto, la loro trattazione.

Anche per i generatori, così come per i motori, si può effettuare una classificazione per gamme

di potenza. Nel mercato esistono specifici generatori per proprie fasce di erogazione, soprattutto

determinati dalla standardizzazione che man mano si è venuta a consolidare con il tempo e con le

tipologie di carico. In tal senso, si possono suddividere i generatori secondo la classificazione

riassunta dal diagramma di Figura 2.15.

ASINCRONI

a condensatore

compound

Generatori in

corrente alternata

Potenza GE

Gruppi

elettrogeni

piccolissima

potenza

1 ≤ P < 7 kWe

medio - piccola

potenza

7 ≤ P < 25 kWe

medio - grande

potenza

25 ≤ P ≤ 800 kWe

grande

potenza

> 800 kWe

elettronica

SINCRONI

Figura 2.15 Classificazione dei generatori per gruppi elettrogeni

Nei paragrafi che seguono si prendono in esame le varie tipologie di generatori assegnando a

quelli sincroni maggior rilievo, poiché sono quelli maggiormente utilizzati nella costruzione dei

gruppi elettrogeni.

2.3.2 Generatori asincroni

Le macchine asincrone, come del resto le sincrone, sono reversibili, nel senso che possono

funzionare sia da motore sia da generatore. Nell’ambito dei generatori trovano impiego quando è

previsto il loro funzionamento in parallelo con la rete, dalla quale prelevano la potenza reattiva

necessaria per generare il campo magnetico rotante. Nel funzionamento in isola, ad esempio in


25

Emilio Giomo

emergenza, il generatore asincrono deve ricevere dall’esterno l’energia reattiva, mediante batterie di

condensatori, che possono però generare pericolosi fenomeni di risonanza. Per questo l’utilizzo

dell’asincrono è limitato alle applicazioni in cui il gruppo elettrogeno è esercito in parallelo alla

rete, ad esempio nella cogenerazione, e non si addice agli altri casi.

2.3.3 Generatori sincroni

I generatori sincroni per gruppi elettrogeni sono esclusivamente del tipo a poli salienti. Esiste

qualche raro caso di applicazione di macchine a rotore liscio, accoppiate alle turbine, ma la loro

presenza in questo contesto è priva di significato.

La loro struttura è praticamente la stessa a partire da qualche kVA ai MVA. Quello che le

differenzia è il tipo di eccitazione e di regolazione, che assumono gradi di prestazione più elevati

man mano che si sale con la potenza. I generatori, poi, sono realizzati ad indotto fisso (statore) e

induttore rotante (rotore), solitamente con albero di tipo monosupporto. Generalmente sono

provvisti di avvolgimenti di smorzamento ubicati sulle scarpe polari dell’induttore.

Nei prossimi paragrafi si illustrano le varie tipologie di generatori sincroni, analizzando, per

ogni caso, le caratteristiche proprie dei sistemi di eccitazione e di regolazione.

2.3.3.1 Generatori sincroni per gruppi elettrogeni di piccolissima potenza

Per questa gamma di potenza, i generatori sincroni disponibili sul mercato sono generalmente

monofasi con eccitazione brushless e regolazione a condensatore. Il sistema utilizza il campo

inverso generato dagli avvolgimenti statorici per magnetizzare la ruota polare (vedi Figura 2.16). Su

questa sono montati uno o due avvolgimenti, accoppiati con altrettanti diodi di raddrizzamento, che

provvedono a indurre la polarità al campo induttore. L’avvolgimento ausiliario, collegato ad un

condensatore, provvede a fornire la magnetizzazione della ruota polare nelle condizioni di

funzionamento a vuoto. A carico, invece, il campo inverso generato dall’avvolgimento principale

induce nel rotore la corrente necessaria per fornire il campo sufficiente a sostenere la tensione

nominale. A beneficio del lettore, in Appendice A viene brevemente descritto il funzionamento di

questi alternatori.

La regolazione risente sensibilmente delle variazioni di velocità che, per questi gruppi

elettrogeni, è relativamente ampia, dovuta sia alla irregolarità ciclica dei motori sia all’imprecisione

dei loro sistemi di regolazione.

Il sistema, infatti, non offre una grande precisione della tensione, che è mantenuta all’interno

del ±10% in condizioni statiche. Quindi, le loro applicazioni si limitano alla alimentazione di utenze

non particolarmente sensibili alla tensione, come le bancarelle e qualche carico residenziale.


26

Emilio Giomo

In Figura 2.17 sono riportati sinteticamente i dati caratteristici dei generatori per gruppi

elettrogeni di piccolissima potenza.

Figura 2.16 Schema elettrico alternatore con eccitazione brushless e regolazione a condensatore

Generatori

sincroni per

gruppi elettrogeni

di

Sistema di eccitazione:

Regolazione:

Precisione della tensione:

Tensione [V]:

Icc/In:

THDV%:

Regime di rotazione [giri/min]:

Grado di protezione:

Numero morsetti:

brushless

a condensatore

± 10%

115 - 230

3

≤ 8

3000

IP21

4

piccolissima

potenza

1 ≤ P < 7 kWe

Figura 2.17 Dati caratteristici e prestazioni dei generatori sincroni per gruppi elettrogeni di piccolissima potenza


27

Emilio Giomo

2.3.3.2 Generatori sincroni per gruppi elettrogeni di medio-piccola potenza

Questa gamma, trovandosi a cavallo tra quelle che sono state definite piccolissima potenza e

grande potenza, contempla le necessità proprie delle due fasce e, quindi, sono presenti diverse

tipologie di generatori. In essa si distinguono: alternatori con regolazione a compound ed alternatori

con regolazione elettronica, con spazzole o senza spazzole (brushless).

Il sistema con spazzole è meno oneroso rispetto a quello brushless presentando, però,

l’inconveniente dei contatti striscianti. Man mano che si sale con la potenza, questa differenza di

costo diventa sempre meno incidente, fino a diventare praticamente trascurabile oltre una certa

potenza. In linea indicativa, per potenze superiori ai 25 kVA sono utilizzati esclusivamente

alternatori brushless con regolazione compound o elettronica.

La regolazione compound, indipendentemente dal tipo di esecuzione dell’alternatore, è

realizzata per mezzo di un trasformatore, detto appunto trasformatore compound. Esso aggiunge

eccitazione alla ruota polare quando all’alternatore viene richiesta l’erogazione di corrente per il

carico (vedi Figura 2.18). L’efficacia della regolazione è affidata alle prestazioni del trasformatore:

quindi, si tratta di un sistema con prestazioni limitate nei riguardi della precisione (± 6% in regime

statico). Una illustrazione maggiormente dettagliata del funzionamento di questi generatori è

riportata in Appendice A.

La regolazione elettronica può essere applicata sia sugli alternatori con spazzole che quelli

senza spazzole. Essa consiste in una scheda elettronica che confronta il riferimento interno di

tensione, preimpostato dall’utente, con il valore di tensione misurato ai morsetti della macchina: se i

due valori si discostano, il regolatore provvede ad aumentare o diminuire il valore di tensione da

fornire alla ruota polare (direttamente nel caso di alternatore con spazzole o mediante lo statore

eccitatrice negli alternatori brushless), cioè ad aumentare o diminuire il campo magnetico che si

concatena con gli avvolgimenti principali (vedi Figura 2.19). Questo tipo di regolazione è più

accurato del precedente e garantisce una precisione statica del ±1,5%.

Nella Figura 2.20 vengono riassunti i dati caratteristici degli alternatori per gruppi elettrogeni di

medio - piccola potenza.


28

Emilio Giomo

a.

b.

Figura 2.18 Schema elettrico di alternatore con regolazione compound:

a. eccitazione con spazzole, b. eccitazione brushless


29

Emilio Giomo

Figura 2.19 Schema elettrico di alternatore con regolazione elettronica:

a. eccitazione con spazzole, b. eccitazione brushless

Generatori

sincroni per

gruppi elettrogeni

di

Regolazione:


Tensione [V]:

Icc/In:

THDV%:



Numero morsetti:

medio - piccola

potenza

7 ≤ P < 25 kWe

compound

± 6%

400/230

3

≤ 6

1500 - 3000

IP21 - IP23

6

con spazzole

elettronica

± 1.5%

400/230

3

≤ 6

1500 - 3000

IP21 - IP23

6

compound

± 6%

400/230

3

≤ 6

1500 - 3000

IP21 - IP23

6

brushless

elettronica

± 1.5%

400/230

3

≤ 6

1500 - 3000

IP21 - IP23

6

Sistema di eccitazione

Figura 2.20 Dati caratteristici e prestazioni degli alternatori per gruppi elettrogeni di medio - piccola potenza


30

Emilio Giomo

2.3.3.3 Generatori sincroni per gruppi elettrogeni di medio-grande e grande potenza

In queste gamme sono presenti esclusivamente alternatori brushless con regolazione elettronica.

Costruttivamente sono equivalenti a quelli precedentemente illustrati, distinguendosi, comunque,

per alcune varianti che vengono solitamente richieste ed applicate per queste potenze.

Una di queste è l’eccitazione a magneti permanenti (PMG). Con questo sistema, il regolatore di

tensione viene alimentato da un generatore a magneti permanenti che fornisce, al regolatore stesso,

una tensione costante e stabilizzata. Pertanto, il regolatore non subisce alcuna influenza dalla

tensione di macchina, assicurando allo statore eccitatrice una alimentazione corretta e priva di errori

(vedi Figura 2.22 e Figura 2.23). La variante PMG è disponibile, in linea di massima, per potenze

maggiori od uguali a 100 kVA.

Il sistema a PMG è particolarmente indicato nei seguenti casi:

per l’alimentazione di carichi distorcenti;

per l’alimentazione di carichi con elevate correnti di spunto (avviamento di motori

asincroni);

per l’alimentazione di carichi particolarmente sensibili alla precisione della tensione;

per il sostentamento della corrente di corto circuito per l’intervento delle protezioni

magnetotermiche.

Figura 2.21 Schema a blocchi alternatore brushless con regolazione elettronica senza PMG

Regolatore

elettronico

Asse alternatore

Statore eccitatrice

Rotore eccitatrice

Ponte

diodi

rotante Rotore principale

Statore principale

USCITA

ac dc

Rilevamento tensione e alimentazione regolatore


31

Emilio Giomo

Figura 2.22 Schema a blocchi alternatore brushless con regolazione elettronica con PMG

Figura 2.23 Rotore di un alternatore con PMG

Per queste gamme di potenza, gli alternatori sono altresì disponibili con avvolgimenti a 12

morsetti. Questa variante, rispetto allo standard a 6 morsetti, consente di ottenere un maggiore

disponibilità di tensioni in uscita e, quindi, una elevata flessibilità d’uso. Infatti, con i 6 morsetti le

tensioni ottenibili sono:

a stella: 380÷415/220÷240V a 50Hz e 415÷480/240÷277V a 60Hz;

a triangolo: 220÷240V a 50Hz e 240÷277V a 60Hz (nel caso di alimentazione monofase la

potenza dell’alternatore deve essere ridotta a 2/3 della nominale);

Con la versione a 12 morsetti, invece, possono essere ricavate le seguenti tensioni:

a stella-serie: 380÷440/220÷254V a 50Hz e 380÷480/220÷277V a 60Hz;

a stella-parallelo: le tensioni ottenibili sono la metà delle precedenti;

Regolatore

elettronico

Asse alternatore

Statore

eccitatrice

Rotore

eccitatrice

Ponte

diodi

rotante

Rotore principale

Statore principale

USCITA

ac dc

Statore PMG

Rotore PMG

Rilevamento tensione

Rotore PMG

Rotore eccitatrice

Ponte diodi

rotante

Rotore principale

Ventola raffreddamento


32

Emilio Giomo

a triangolo-serie: 220÷254V a 50Hz e 220÷277V a 60Hz (nel caso di alimentazione

monofase la potenza dell’alternatore deve essere ridotta a 2/3 della nominale).

a.

b.

Figura 2.24 Collegamento delle fasi: a. alternatore a 6 morsetti; b. alternatore a 12 morsetti

Normalmente gli alternatori di questa taglia sono provvisti di avvolgimenti a passo raccorciato

2/3. Questo è particolarmente utile in presenza di carichi distorcenti, poiché consente di eliminare le

armoniche di tensione di terzo ordine e le sue multiple dispari. Considerando, infatti, il

collegamento di una singola fase (le altre sono sfasate di 2/3π e 4/3π ed equivalenti ai fini

dell’analisi), si ha che la tensione stellata è pari alla somma di due vettori sfasati di 60°,

corrispondenti alle tensioni indotte in due avvolgimenti geometricamente sfasati dello stesso valore

e collegati in serie (vedi Figura 2.25).

Figura 2.25 Somma dei vettori di tensione di una fase in un collegamento zig-zag stella

Per le armoniche di terzo ordine, e loro multiple, si ha:

33cosˆ3cosˆ

21

tkVtkVvvv

ksintk3sinkcostk3cosV̂tk3cosV̂vvv 21

kcostk3cosV̂tk3cosV̂vvv 21

60°

1V

2V

21 VVV

Centro stella


33

Emilio Giomo

Per ,....5,3,1k , si ha:

03cosˆ3cosˆ21 tkVtkVvvv

e quindi tendono ad eliminarsi.

Generatori

sincroni per

gruppi elettrogeni

di

Sistema di eccitazione:

Regolazione:


Tensione [V]:

Icc/In:

THDV%:



Passo avvolgimenti:

Numero morsetti:

brushless (PMG in opzione ≥ 100kVA)

elettronica

± 1.5% - ± 0.5%

400/230 - 415/240

3

≤ 3

1500

IP21 - IP23

raccorciato 2/3

6 - 12 - 4

medio - grande

potenza

25 ≤ P ≤ 800 kWe

grande

potenza

> 800 kWe

Nota

Gli alternatori di grossa potenza (superiore ai 2000 kVA) possono essere forniti con uscita a 4 morsetti collegati

a stella

Figura 2.26 Dati caratteristici e prestazioni degli alternatori per gruppi elettrogeni

di medio - grande e grande potenza

Nella Figura 2.26 sono riassunti i dati caratteristici degli alternatori per gruppi elettrogeni di

medio - grande e grande potenza.

2.4 Accoppiamento motore-generatore

L’accoppiamento tra il motore primo e il generatore è regolato dalle norme SAE. Queste

disciplinano le dimensioni e le modalità di collegamento tra le macchine, contemplando una serie di

accoppiamenti standardizzati. Infatti, le dimensioni delle campane coprivolano e dei giunti (volano)

sono stabilite in sede normativa e devono essere rispettate dal costruttore del motore diesel e dal

costruttore del generatore (vedi esempi di Figura 2.27).


34

Emilio Giomo

Figura 2.27 Tabelle SAE delle dimensioni normalizzate del giunto e della campana

per l’accoppiamento tra motore e generatore

Normalmente l’accoppiamento è di tipo monosupporto: l’albero dell’alternatore ha un solo

cuscinetto dal lato opposto accoppiamento. Dall’altro lato, quello da cui riceve il movimento, è

dotato di un giunto a dischi flessibili che va a calettarsi sulla sede del volano del motore. Questo

tipo di accoppiamento si distingue da quello classico bisupporto (alternatore a due cuscinetti con

uscita ad albero ed accoppiamento mediante giunto) per la sua semplicità ed economicità; il suo

utilizzo deve essere approvato dal costruttore del motore e da quello dell’alternatore. In caso

contrario, si deve optare per l’accoppiamento bisupporto con giunto.

Capitolo 2 Motori e generatori per gruppi elettrogeni · accoppiamento tra motore e generatore. 2.2...

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