estensioni.
STORIA DEL TRASFORMATORE
La corrente elettrica
La corrente elettrica si può presentare continua, ovvero con positivo e negativo
sempre sugli stessi elettrodi, come nella pila, od alternata con i poli che si
invertono, 50 volte al secondo nel
caso della attuale rete elettrica.
L’illuminazione
La prima utilizzazione a larga scala della corrente elettrica è stata
l’illuminazione
Con l’industrializzazione, sviluppatasi in Inghilterra nel 1700, nacque anche
l’esigenza di una razionale illuminazione elettrica pubblica e privata.
Ma all’inizio era il Gas:
Nel 1798 William Murdoch illuminò a gas
Nel 1818
l’illuminazione a gas del teatro La Scala di Milano
Nel 1825
illuminazione a gas a Parigi
L’avvento
dell’illuminazione elettrica , anche quando la tecnologia la consentì, fu molto
osteggiata dalle società del Gas. Nella metà degli anni ’30 del ‘900 in
Inghilterra ancora resisteva l’illuminazione a Gas.
Invece per
l’illuminazione elettrica:
1803 lampada
ad arco di Davy
1841 prima
illuminazione ad arco
1847
Filadelfia e Parigi illuminate ad arco
Per la sua
violenta luce la lampada ad arco non era adatta per l’illuminazione domestica,
ma piuttosto per grandi sale od
estensioni.
L’arco
funzionava in corrente continua, ma in seguito fu usata anche la corrente
alternata, che dava il vantaggio di un consumo simmetrico degli elettrodi a
spese della elevata rumorosità.
All’apparizione della lampada ad incandescenza nel 1880, adatta anche ad
illuminazione domestica, si potette pensare ad adottare la corrente alternata.
L’uso delle
lampade incandescenti:
Nel 1880
Illuminazione a lampade a filamento incandescente a New York
Nel
1884 idem in piazza Duomo a Milano
La c.a.
I generatori
rotanti potevano fornire solo corrente alternata che, per i primi tempi, non
serviva a niente. Per renderli funzionali occorre applicarci un commutatore a
collettore. Ma apparvero le lampade ad incandescenza (1880), il
trasformatore(1882) ed il motore asincrono (il brevetto è del 1888), che
capovolsero la situazione.
La guerra delle correnti
A
quel punto iniziò la guerra delle correnti. Edison aveva investito nella
corrente continua, che poteva servire all’illuminazione ed al funzionamento dei
motori elettrici in c.c., elettrolisi, galvanizzazione e lampade ad arco
inoltre, a differenza della corrente alternata, si poteva accumulare . Il
problema era la distribuzione della corrente continua, che non poteva andare
lontano senza cadute di potenziale e necessitava di forti sezioni di conduttore.
Erano state realizzati reti di distribuzione a maglia, ma non si poteva andare
oltre i 5Km da un unico impianto. È vero che si potevano costruire dinamo ad
alta tensione che necessitavano di linee con conduttore di sezione più
conveniente, ma per utilizzarle a bassa tensione occorrevano convertitori
rotanti di alto costo e basso rendimento.
A sollevare
le sorti della c.a. venne il trasformatore che permetteva alla tensione
elettrica di salire o scendere a piacere. Per esempio si possono fare linee
elettriche a 380000 volt che giunto a destinazione è trasformato prima a 10000
poi a 380 o 220 come la nostra attuale rete per illuminazione. Il colpo di
grazia fu dato pochi anni dopo
dalla realizzazione d del motore asincrono in c.a.,da parte di Tesla, semplice
ed economico.
Edison non
demorse: sacrificò cani e gatti in presenza di giornalisti per dimostrare la
pericolosità della corrente alternata ed addirittura il mito popolare dice che
ideò la sedia elettrica: in c.a., prima esecuzione 6 agosto 1898
“ La Commissione per le Esecuzioni Umane
aveva chiesto ad Edison i dati, ma
questi rifiutò (non credeva nella pena capitale). In seguito, pensando che
perorasse la sua causa, diede il suo pieno appoggio a questa richiesta,
affermando con forza che si trattava del tipo di punizione più umano”.
IL TRASFORMATORE
Tutte
le fonti concordano
sull’attribuzione
del primo trasformatore operativo alla coppia Lucien Gaulard (inventore) John
Dixon Gibbs (finanziatore) che si erano
messi in società, nel 1882. sarebbe servito per l’illuminazione di cinque
stazioni della Metropolitana di Londra,
che era stata inaugurata venti anni prima. Si parla del 1882. La presentazione
fu all’Acquario Reale di Londra nel 1883
Non esisteva ancora il termine “trasformatore” e Gaulard lo chiamò
“generatore secondario” ed anche”convertitore”.
Lucien Gaulard e John Dixon Gibbs
Lucien
Gaulard nacque a Parigi nel 1850 e vi morì pazzo nel 1888. Scienziato francese,
dopo essersi interessato di esplosivi, si dedicò allo studio
dell'elettrotecnica, in cui si distinse per importanti scoperte, fra cui una
pila termochimica e i “generatori secondari” per le correnti alternate
(trasformatori).
Il
loro impiego ha risolto il problema del trasporto dell'energia a distanza. Il
Gaulard nel
A ricordo del
Gaulard rimangono una lapide nella stazione ferroviaria di Lanzo (TO), e una Via
a Parigi.
Niente
di notevole da dire su John Dixon Gibbs ingegnare
inglese,1834-1912 coinventore
dell’apparato
L’invenzione
attirò l’attenzione della compagnia Westingouse Electric Corporation. Attrasse
anche l’attenzione e di Sir Coutts Lindsay che lo usò per illuminare la
Grosvenor Gallery, uno dei primi sistemi di illuminazione in Inghilterra
alimentato da una stazione generatrice
Negli
anni successivi agli esperimenti di Londra e di Torino il Gaulard si persuase
dell'utilità di usare un nucleo di ferro chiuso e seguendo un consiglio di Mr.
Esson e costruì un Generatore Secondario costituito da due generatori dai quali
si otteneva una potenza di 1 kW e oltre.
Al
successo di quei trasformatori contribuì il fatto di essere acquistati da George
Westingouse, propenso alla distribuzione in corrente alternata in contrasto ad
Edison.
Costituzione
del Primo trasformatore
Si parla di
450+450 dischi per colonna, dischi di rame sottili
Si
potevano connettere colonne in serie o in parallelo.
George
Westingouse
George
Westingouse (New York 1846-1914) seppe dell’esibizione del trasformatore a
Torino, nell’estate 1885 acquistò i
diritti dell’invenzione ed ordinò vari trasformatori per i suoi laboratori di
Pittsburg.
Chiese
allora a William Stanley di progettare un sistema di illuminazione che li
utilizzasse. Stanley perfezionò molto
quei trasformatori. Ne nacque la centrale idroelettrica di Niagara Falls.
William Stanley
William
Stanley Jr.(Brooklyn,
1858—Great
Barrington
1916)
Ottenne 129 brevetti coprenti una grande gamma di dispositivi..Stanley
realizzò i suoi trasformatori col nucleo ad E, come gli attuali.
Il dramma.
Gibbs
ottenne il brevetto Tedesco
n°28947, riconosciuto in Gran Bretagna. Ci fu una disputa da parte di Sebastian
Zani de Ferranti e Gibbs e Goulard perdettero il brevetto. Appellatisi alla Huse
of Lord di Londra persero di nuovo. Ne seguì una rovina finanziaria.
Sebastian
Ziani de Ferranti
Sebastian
Ziani de Ferranti,(Liverpool 1864 Zurigo 1930), di famiglia italiana, fu
impiegato della Siemens Brothers in Londra. Nel 1882 fondò la Ferranti
gestendola prima insieme a William
Thomson con Robert Hammond.
Si era
schierato a favore della corrente alternata e nel 1887
fu incaricato di progettare una centrale di produzione
elettrica a Depford. che fu completata nel 1890. Nel 1901 fu creata la
Ferranti Limited
I TRASFORMATORI ZDB
Nel
frattempo dobbiamo mettere in evidenza i lavori di Zipernowsky, Deri e Blaty
della Società Ganz di Budapest. La società Ganz fu fondata nel 1844, ma nel
1878, ormai di nuova proprietà, si dette all’elettromeccanica . Il successo dei
tre (che si auto denominarono. Appunto, ZDB), fu nel ridisegnare i trasformatori
di Gaulard e Gibbs.
Il
mondo occidentale, USA Inghilterra Francia, ignorava assolutamente quanto
avvenisse nell’impero austroungarico, allora nemico. Persino brevetti
provenienti da colà venivano ignorati. Addirittura colà non c’era la corsa al
brevetto come in USA, valga l’esempio di Von Siemens che per primo aveva
realizzato i cavi in guttaperca quando ancora la Germania era divisa in
staterelli ed al quale non è stat
o
riconosciuto il merito.
Certamente
ZBD stavano già lavorando sulla distribuzione dell’energia elettrica in
alternata, per la Società Ganz, ungherese, ancor prima di quanto ci risulta.
Tra
il 1884 e il 1885. ed i tre avevano notato che i dispositivi a nucleo aperto
erano impraticabili. Nella loro richiesta di brevetto per i trasformatori
Z.DB, descrivevano il progetto
di due trasformatori senza poli: il trasformatore a nucleo chiuso,
l’utilizzazione di lamierini di ferro dolce oppure
il trasformatore con nucleo a guscio.
I conduttori degli avvolgimenti primario e secondario venivano avvolti
attorno a un anello di ferro chiuso e nel tipo a nucleo a guscio venivano fatti
passare nel nucleo di ferro. In entrambi i
progetti,
il flusso magnetico che
collega
l'avvolgimento primario con l'avvolgimento secondario si propaga quasi
interamente all'interno del nucleo di ferro, senza nessun tratto nell'aria.
Impiegato nelle reti di distribuzione elettrica, questo concetto progettuale
rivoluzionario rese alla fine tecnicamente ed economicamente fattibile fornire
energia elettrica per l'illuminazione delle abitazioni, degli spazi pubblici e
commerciali. Bláthy aveva suggerito l'impiego di nuclei chiusi, e trovò pure la
formula del trasformatore, Vs/Vp = Ns/Np e i sistemi elettrici ed elettronici in
tutto il mondo continuano a dipendere dai principi dei trasformatori originali
ZBD. Gli inventori divulgarono pure la parola
trasformatore per descrivere
tale dispositivo per modificare la forza elettromotrice di una corrente
elettrica.
Ábrahám Ganz
(Unter Embrach 1814, Pest 1867.).
morto
suicida, fondò la Ganz a Budapest.
Karoly Zipernowsky ( Vienna
1853,Budapest 1942), ingegnare elettrotecnico. A 25 anni era direttore della
sezione elettronica della Società Ganz.
Miksa Déri, ingegnere ungherese,(Bač,
24 ottobre
1854 –
Budapest,
3 marzo
1938).
Otto
Blaty, ,ingegnere elettrotecnico, (Tata ,Ungheria 11 agosto 1860, Budapest 12
sett. 1939).
RIVENDICAZIONE
La società Brush Tansformer
sostiene che nel 1881 Charles F. Brush a Cleveland sviluppò un suo progetto di
trasformatore. Brush fu pioniere dei generatori eolici realizzandone fin dal
1888.
IL TRASFORMATORE DI JAMES
SWINBURNE
Di
grande importanza per migliorare l'affidabilità dei trasformatori è stata
l'introduzione di raffreddamento ad olio . I primi trasformatori Swinburne (
1858-1958. Nel 1934 divenne 9°Baronet of Capheton ) detti a riccio o porcospino
(Hedgehog), erano collocati in un contenitore in ceramica riempito di olio, che
aumentava l'affidabilità dell'isolamento avvolgimenti. Il nucleo era aperto di
filo di ferro ripiegato all’estremità a disegnare due semisfere. In seguito
trasformatori “Hedgehog”
avevano il filo di ferro più lungo in modo che si potesse ripiegare
incrociandone l’estremità. Furono usati in audio negli anni ’20 del ‘900.
ULTERIORI SVILUPPI
L'ingegnere
russo Michail Dolivo-Dobrovol'skij sviluppò il primo trasformatore trifase nel
1889.
Nel
1891
Nikola Tesla
inventò la
bobina di Tesla,
un trasformatore in aria risonante, a doppio accordo, per generare delle
tensioni molto elevate ad alta frequenza. Trasformatori ad audio frequenza
vennero usati per i primissimi esperimenti di sviluppo del telefono.
IL PRESENTE
Attualmente la situazione si sta capovolgendo, prima con efficienti diodi di
potenza che potevano trasformare la alternata in continua ed ora con dispositivi
elettronici che possono convertire con efficienza la c.c. in c.a., applicarla ad
un trasformatore che la elevasse per il trasporto e poi farla tornare continua.
Carlo Bramanti
ottobre 2015
APPENDICE
La mostra di Torino
del 1884
Eccoci
intanto arrivati ai generatori secondari dei signori Gaulard e Gibbs. È la prima
volta che si presentano ad una Esposizione di elettricità, abbenchè la loro
applicazione all' illuminazione di cinque stazioni della ferrovia Metropolitana
di Londra abbia fatto già grande rumore, e più ancora ne abbiano fatto coloro
che si schierarono e pro e contro di questa invenzione. Ciò che è importante per
noi di notare si è che i signori Gaulard e Gibbs, credettero di interrompere le
loro prove di illuminazione elettrica sulla Metropolitana di Londra, le quali
durarono parecchi mesi, per venire a Torino a prender posto alla Esposizione
internazionale di elettricità, e concorrere al grande premio di lire 15 mila,
destinate dal governo e dal Municipio di Torino per la migliore delle
applicazioni della elettricità a vantaggio delle industrie I signori Gaulard e
Gibbs si proposero di risolvere il problema della distribuzione dell' energia
elettrica alle più grandi distanze e nella forma che si conviene ai molteplici
impieghi a cui può essere destinata. Essenzialmente il principio di costruzione
dei generatori secondari, vuole un circuito primario di lunghezza qualsiasi, ed
alimentato da una dinamo a correnti alternate, sul quale circuito vengono a
porsi i generatori secondari, così denominati perché attraversati dalla corrente
del circuito primario danno luogo a loro volta a correnti di induzione o
secondarie le quali possono venire subordinate al servizio che debbono prestare.
Trasmettere l'energia elettrica a grandi distanze, fosse anche a