Correnti e impianti elettrici

Cosa sono le armoniche che costituiscono i "disturbi" negli impianti elettrici? Cos'è la corrente attiva e reattiva?
Paolo Cocconi
18 maggio 2004
La corrente fornita dalla rete elettrica varia periodicamente con una frequenza di 50 Hz (questo significa che il segnale in corrente ha un periodo di 1/50 di secondo = 0.02 secondi). La variazione è di tipo sinusoidale, come nella figura seguente:

La tensione varia con lo stesso tipo di periodicità, ma in generale è sfasata rispetto alla corrente: la figura seguente mostra due sinusoidi che hanno lo stesso tipo di periodicità ma sono sfasate tra loro.

Matematicamente la tensione può essere espressa da una formula di questo tipo:

V0 cos(2 π f t )

dove V0 è l'ampiezza dell'oscillazione e f è la frequenza. La frequenza è l'inverso del periodo di oscillazione, e si misura in Hz (1 Hertz = 1/secondo). La formula per la corrente è molto simile:

I0cos(2 π ft + φ0 )

In questa formula compare una nuova quantità costante, lo sfasamento φ0, che ci dice quanto la corrente è sfasata rispetto alla tensione. Poiché l'argomento delle funzioni trigonometriche è un angolo, anche lo sfasamento è un angolo.

Adesso utilizziamo una formula trigonometrica per scomporre la corrente:

I0 cos(2π f t + φ0 ) = I0 cos(2π) cos(2π f t) - I0 sin(φ0) cos(2 π f t + π/2)

e da questa formula si vede che la corrente è fatta di due parti, la prima oscilla in fase con la tensione, mentre la seconda è sfasata di π/2 radianti (= 90°) rispetto la tensione. La prima parte della corrente, quella in fase, è quella importante dal punto di vista della dissipazione di potenza: se ora noi usassimo questa tensione e questa corrente per alimentare una stufa elettrica, solo la prima parte della corrente, quella in fase, sarebbe utilizzabile ai fini del riscaldamento.
La parte della corrente che è in fase viene chiamata corrente attiva, la parte che è sfasata di 90° è chiamata corrente reattiva.

Dunque solo la corrente attiva è utile, e sono stati inventati dei semplici metodi per "rifasare" la corrente e renderla tutta attiva (bisogna annullare lo sfasamento).
Il rifasamento è però possibile solo se la frequenza dell'oscillazione è fissa, e questo non succede sempre nei circuiti moderni. Sono infatti presenti anche componenti che producono oscillazioni di frequenza doppia, tripla ecc. a partire dall'oscillazione originale. Queste oscillazioni di frequenza multipla rispetto l'oscillazione originale sono dette "armoniche".
Le armoniche ostacolano l'operazione di rifasamento della corrente, infatti con circuiti semplici si riesce a rifasare solo la corrente a una frequenza ben precisa, per esempio la frequenza dell'oscillazione originale, ma non la corrente associata alle armoniche superiori.

Edoardo Milotti Dipartimento di Fisica, Università di Trieste
Keywords: elettronica

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