ferraris
Galileo Ferraris, nato a Livorno Piemontese nel 1847, morto nel 1897 a soli 50 anni, si è reso celebre per l’invenzione del campo rotante; ma la sua attività di studioso, abilissimo nella teoria si sviluppò, oltre che nell’elettrotecnica, anche nel campo dell’ottica. Di lui sono rimasi celebri gli studi atti ad aumentare il rendimento dei primi trasformatori di che portarono ad un utilizzazione più redditizia di tali dispositivi. Il perfezionamento dei trasformatori e la realizzazione del campo rotante furono due pietre miliari che fecero pendere la bilancia sull’utilizzazione nel mondo della corrente alternata piuttosto che di quella continua.
i motori di allora
Dopo l’invenzione del generatore di Pixi ed altri,
macchinette a livello di esperienze didattiche con le quali si riuscì tuttalpiù
a scomporre l’acqua in idrogeno ed ossigeno e che generavano corrente
alternata o, con l’applicazione di un collettore, anche corrente continua,
solo nel 1863 si realizzò un generatore magnetoelettrico utilizzabile
industrialmente che servì a fornire corrente ad un faro. Queste macchine erano
trascinate da motori a vapore ed i vari C
ostruttori ne perfezionarono via via le
prestazioni. L’utilizzazione di tali generatori che potevano fornire corrente
alternata, ma anche corrente continua con l’applicazione di un semplice
collettore-commutatore, era quasi esclusivamente per l’illuminazione pubblica
o di grandi sale. La reve
rsibilità della dinamo, ovvero la possibilità di
funzionare da motore, se pur Pacinotti ed altri l’avessero affermata molto
prima, fu dimostrata soltanto nel 1873 da Fontaine e Brèguet all’Esposizione
di Vienna e per molti anni fu solo una curiosità da esposizione. In quanto
all’illuminazione, le lampade ad arco di allora potevano funzionare anche in
corrente alternata se pure con un notevole ronzio. Addirittura nel 1881 vi
furono le prime applicazione delle lampade ad incandescenza. Gli impianti di
illuminazione a corrente elettrica generarono però più incendi di quelle a gas
a causa degli impianti ancora rudimentali e le primitive nozioni di isolamento.
Questi erano strettamente locali e
l’esercizio era costoso, però esistevano locazioni, vicino a bacini
carboniferi o a grandi risorse d’acqua che si potevano sfruttare più
vantaggiosamente. Il problema era trasportare la corrente elettrica continua a
distanza, in quanto la tensione non poteva superare i 2000 volt e per
trasportare u
na certa potenza la sezione del filo delle linee doveva essere
elevata e poi, arrivati all’utilizzazione questa tensione andava ridotta. Per
la continua non si poteva usare il trasformatore, ma far girare dei motori che a
loro volta pilotavano dinamo a bassa tensione, 100 o 200 volt. In quanto
all’alternata, fino all’apparire del trasformatore il problema era identico.
Peraltro la prima centrale idroelettica fu realizzata in USA da Tesla nel 1882
con i relativi problemi di trasporto. In Italia non avemmo molto da aspettare in
quanto a Milano fu realizzata nello stesso anno la centrale di S. Redegonda,
questa però era termoelettrica, vicino al fianco sinistro del Duomo, 350 kW a
350 giri al minuto, che servì per l’illuminazione del Teatro della Scala e la
relativa piazza. Nel 1886 a Tivoli fu realizzata una centrale idroelettrica, la
prima in Italia ed in Europa, fornita di generatori in c.a. a 5000 volt
68 kW, che alimentò l’illuminazione di via Garibaldi a Roma, 30 Km
distante. A quel punto erano però apparsi i primi trasformatori: nel 1884
all’esposizione di Torino il francese Gaulard espose il primo trasformatore
che chiamò generatore secondario. Il Ferraris ne prese spunto e ne studiò
matematicamente il funzionamento e le soluzioni per un maggior rendimento, che
nelle realizzazioni originarie col nucleo in filo di ferro era molto scarso.
Questi studi furono uno dei passi che contribuirono alla scelta
dell’utilizzazione della corrente alternata, ma non fu l’unico perché, per
primo, realizzò un motore che segnò il futuro delle applicazioni elettriche.
il motore asincrono.
Galileo Ferraris
si accorse, dal calcolo, che unendo due
correnti alternate sfasate di 90 gradi, ovvero il massimo di una corrispondente
allo zero dell’altra, si generava intorno al circuito un campo che ruotava
proporzionalmente alla frequenza ed il numero di poli, che era capace di
trascinare nella rotazione una massa conduttrice che faceva da indotto. Questa
massa non raggiungeva in pieno la velocità del campo ma c’era il cosiddetto
scorrimento, che a vuoto o col carico nominale era leggero, ma poteva aumentare
e la velocità dell’indotto rallentare ulteriormente in presenza di un carico
improvviso, senza alcun danno. La potenza del primo motore realizzato era,
secondo le dichiarazioni dell’inventore, 1/32 di coniglio! La scoperta era
del
1885 ma Galileo la diffuse pubblicandola sulla rivista Elettricità solo nel
1888 contemporaneamente alla presentazione di 5 brevetti in merito da parte del
solito Tesla.
Pare che al Ferraris l'ispirazione per il campo rotante
gliela avesse data la regolarità di successione dei portici di Torino. Fu
sollecitato a pubblicare la sua invenzione dal fatto che Tesla l'aveva brevettata. Indubbiamente il motore asincrono di Tesla aveva tutte le
caratteristiche per funzionare industrialmente a differenza del prototipo di
Galileo: questi aveva realizzato due telaietti orizzontali nei quali aveva
sistemato504 spire di filo da 0,97mm e due verticali con 96 spire di filo da
1,92. I telai verticali erano collegati in parallelo al primario di un
trasformatore di Gaulard, i telai orizzontali al secondario tramite una
grossa induttanza regolabile in serie o, più spesso un reostato che permetteva
di portare la fase della corrente del secondario, che è 180 gradi sfasata
rispetto a quella primaria, fino agli ideali 90 gradi. Il rotore poteva essere
un cilindro cavo di ra
me
od un cilindro costituito da tanti dischi di ferro saparati tra loro con
isolante in carta. Il rendimento era basso e le caratteristiche ottenute
sono illustrate in tabella. Fu provato a far ruotare una messa di mercurio
chiusa in un cilindro.
La corrente
polifase veniva generata da alternatori con i poli disposti opportunamente , ma
per le reti monofase, Il Ferraris, poco prima del suo decesso, insieme ad Arnò
realizzò dei trasformatori di fase a nucleo rotante (praticamente motori
asincroni con due avvolgimenti). Il motore asincrono non poteva funzionare con
la corrente monofase salvo che gli fosse dato uno spunto meccanico per definire
il senso di rotazione. Noi conosciamo attualmente l
a corrente monofase che è
quella normale per l’illuminazione ed usiamo normalmente motori asincroni di
bassa potenza che riusciamo ad avviare con un dispositivo a condensatore usato
per sfasare la corrente in uno degli avvolgimenti. Per potenze superiori
dobbiamo ricorrere alla corrente trifase, corrente che fu disponibile dopo la
sua applicazione da parte di Haselwender nel 1887. Noi conosciamo anche i motori
sincroni il cui numero di giri è sincrono alla frequenz
a della rete e che
apparvero nel 1891. Questi però, a causa della difficoltà di avviamento e
della velocità che deve rimanere rigidamente costante, sono usati solo in
applicazioni particolari.