Alternatore

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L'alternatore è una macchina elettrica rotante basata sul fenomeno dell'induzione magnetica, che trasforma energia meccanica in energia elettrica sotto forma di corrente alternata assumendo la funzione di trasduttore.

Svolge in pratica l'azione inversa rispetto al motore sincrono e presenta la stessa struttura di base.

Indice 1 Principio costruttivo 2 Impieghi pratici 3 Come funziona in linea di principio un alternatore 3.1 Conclusioni 4 Vantaggi tecnici rispetto ad una dinamo 5 Bibliografia 6 Collegamenti esterni

[modifica] Principio costruttivo

La macchina è costituita da una parte cava fissa, chiamata statore, al cui interno ruota una parte cilindrica calettata sull'albero di rotazione, detta rotore. Sullo statore sono presenti gli avvolgimenti elettrici su cui vengono indotte le forze elettromotrici che sosterranno la corrente elettrica prodotta. Il rotore genera il campo magnetico rotante per mezzo di elettromagneti, i quali sono a loro volta opportunamente alimentati oppure vengono utilizzati dei magneti permanenti i quali non necessitano di alimentazione. La tipologia costruttiva varia notevolmente a seconda del tipo di macchina a cui sono accoppiati. In caso di alternatori siti in centrali idroelettriche dove la turbina idraulica ruota a frequenze di centinaia di giri al minuto l'avvolgimento rotorico sporge rispetto all'albero (si parla di macchina ad N "poli salienti"). La velocità dipende dalle caratteristiche della turbina idraulica ed è inversamente proporzionale al numero dei poli. Alternatori accoppiati a turbomacchine (turbine a gas o a vapore) hanno anche l'avvolgimento rotorico alloggiato in cave, ruotano a frequenze maggiori, comparabili con la frequenza di rete, e si distinguono ulteriormente per tipologia di raffreddamento, ad aria, acqua e ad idrogeno.

[modifica] Impieghi pratici

Molti sono gli utilizzi degli alternatori. Vengono impiegati in tutte le centrali di produzione di energia elettrica le quali poi la trasformano in modo da consentirne il trasporto e la distribuzione per uso industriale e domestico. Il procedimento che alimenta meccanicamente l'albero dell'alternatore è simile a tutte le tipologie di centrali e si basa su una turbina o un motore endotermico. Nel primo caso rientrano quelle in grado di sfruttare l'energia potenziale, come le centrali idroelettriche, o l'energia termica del vapore, come le termoelettriche, le geotermiche e le termonucleari. In questi grandi alternatori, la tensione prodotta è nell'ordine di migliaia di volt, solitamente trifase alla frequenza di 50 Hertz (60 negli Stati Uniti e pochi altri paesi).

Grazie alla capacità raggiunta dall'industria elettronica nella di miniaturizzazione dei componenti, l'alternatore ha progressivamente sostituito la dinamo nella produzione di energia elettrica nelle automobili ed in tutti gli altri veicoli a motore. Esso ha la funzione di mantenere carica la batteria, necessaria all'avviamento del motore ed alimentare tutte le funzioni elettriche di bordo. Poiché non esiste un mezzo per immagazzinare energia elettrica in corrente alternata, è presente un ponte raddrizzatore che ha la funzione di trasformarla in continua e consentirne così accumulazione nella batteria.
Anche nelle biciclette si è imposto l'uso di un piccolo alternatore, in sostituzione della dinamo, per alimentare i dispositivi di illuminazione.

[modifica] Come funziona in linea di principio un alternatore

L'alternatore, nella sua forma più semplice è composto da una spira che è investita da un campo magnetico ed è vincolata a ruotare attorno ad un asse perpendicolare alle linee di campo. La legge di Faraday-Neumann afferma che in una spira metallica immersa in un campo magnetico si produce una differenza di potenziale pari a:

quindi in questo caso, dato che la spira ruota ci saranno variazioni del flusso che attraversa la spira e la suddetta relazione può essere indicata come:

che, applicando le regole delle derivate, diventa:

e ponendo si ottiene che:

per α₀ si intende l'angolazione iniziale da cui parte l'alternatore; quindi dividendo tutto per R:

La formula trovata quindi descrive l'andamento della corrente o della tensione generata da un alternatore, essa ha un andamento sinusoidale.

[modifica] Conclusioni

Dopo aver analizzato il funzionamento dell'alternatore si può concludere:

• La tensione è direttamente proporzionale al campo magnetico e alla velocità di rotazione
• La frequenza è direttamente proporzionale alla velocità di rotazione e inversamente proporzionale al numero di poli

[modifica] Vantaggi tecnici rispetto ad una dinamo

I vantaggi tecnici nella produzione di energia elettrica rispetto alla dinamo sono sostanzialmente due:

• L'eliminazione di parti striscianti
• La produzione di energia elettrica in corrente alternata.

L'eliminazione delle spazzole, ovvero i contatti striscianti che hanno la necessità di un contatto meccanico con il collettore, riduce la quantità di parti necessaria alla sua costruzione e la necessità di una revisione periodica della macchina a causa del consumo delle parti in contatto. Seppure la tecnologia negli anni ha contribuito a migliorare le qualità meccaniche ed abbassare la resistenza elettrica nei materiali usati, il rendimento totale dalla macchina risente comunque delle frazioni di energia sottratte nella dinamo, per cui a parte i rari casi nei quali si renda necessaria un utilizzo in corrente continua, gli alternatori l'hanno sostituita quasi del tutto nel compito della produzione di energia elettrica.

[modifica] Bibliografia

• Olivieri e Ravelli; Elettrotecnica, volume secondo: macchine elettriche. Edizioni CEDAM.

[modifica] Collegamenti esterni

• E ENEL, spaccato di un alternatore

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