ELETTROTECNICA
Livello 15
La corrente
alternata
Andrea Ros sdb
Livello 15
La corrente
alternata
Sezione 1
Grandezze alternate
La tensione ai capi di una batteria viene detta
“continua”: il polo negativo è sempre da una parte
mentre quello positivo dall’altra.
La tensione che arriva nelle nostre case però è
“alternata”: il polo positivo e il polo negativo si
invertono continuamente nel tempo, come nella
figura che segue:
Questo andamento nel tempo viene detto “onda
sinusoidale”.
La tensione ci arriva così perché nelle centrali essa
viene prodotta dagli “alternatori”, enormi generatori
elettrici che sfruttando la forza del vapore,
dell’acqua o del vento: essi funzionano
esattamente come la “dinamo” della vostra
bicicletta, il cui nome corretto è proprio
“alternatore”.
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L’inversione dei due poli avviene 50 volte al
secondo: si dice allora che la nostra tensione ha
una frequenza f di 50 Hz (hertz).
Dalla frequenza possiamo calcolare il periodo, e
cioè la durata di ogni singola ripetizione:
T=
1
1
=
= 0,02 s = 20 m s
f
50
Se il ciclo si ripete ogni 20 ms significa che
l’inversione dei poli avviene ogni 10 ms.
raggiunge un valore massimo, detto “di picco”, pari
a:
Vp+ = Veff ⋅
2 = 311 V
e un valore minimo, quando i poli si invertono, di
-311 V.
Si definisce allora la tensione picco-picco come il
doppio della tensione di picco, nel nostro caso:
Vpp = 2 ⋅ Vp = 2 2 ⋅ Veff
Le ripetizioni sono così veloci che quando
colleghiamo una lampadina alla presa non
riusciamo a vederle.
Il valore di 220 V di cui normalmente parliamo è
detto “valore efficace”: ci dice che una tensione
alternata di 220 V (efficaci) produce lo stesso effetto
di una tensione continua con lo stesso valore.
Questo valore è anche quello che possiamo
misurare con il multimetro se tocchiamo con i due
puntali la fase e il neutro del nostro impianto.
In realtà se andassimo a vedere l’andamento della
tensione istante per istante, vedremmo che essa
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Sezione 2
Funzionamento dell’alternatore
L’alternatore è una macchina elettrica che
trasforma l’energia meccanica in energia elettrica a
corrente alter nata sfruttando il principio
dell’induzione elettromagnetica.
Ruotando il rotore genera un campo magnetico
variabile all’interno dello statore, sul quale viene
quindi indotta una forza elettromotrice come
abbiamo visto nei livelli precedenti.
Il rotore (induttore) è un magnete o un
elettromagnete messo in movimento dalla turbina e
ruota all’interno dello...
Questa f.e.m. indotta avrà proprio l’andamento
sinusoidale che abbiamo descritto poco fa, e viene
chiamata tensione alternata monofase.
...statore (indotto): costituito da una o più bobine
fisse.
Se l’indotto è costituito da tre avvolgimenti a 120°
tra di loro, in ogni avvolgimento si produce una
f.e.m. monofase, e l’insieme delle tre f.e.m. viene
detta tensione alternata trifase.
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Sezione 3
Valore istantaneo della tensione
Immagina un semplice alternatore costituito da una
sola spira che produce una tensione alternata:
abbiamo detto che l’onda sinusoidale compie
un’oscillazione completa ogni T secondi (periodo).
Questo è anche il tempo necessario alla spira per
fare un giro completo sul suo asse.
La posizione della spira può essere indicata tramite
un angolo: 0°, 90°, 180°, 270° e un giro completo
corrisponde a 360°.
Studierai in matematica che gli angoli possono
essere rappresentanti anche in radianti, dati di
solito come dei multipli di pi-greco:
gradi
radianti
0°
0
90°
π/2
180°
π
270°
3π/2
360°
2π
Un giro completo dell’alternatore corrisponde
quindi a 360° o 2π radianti.
Definiamo allora come velocità angolare o
pulsazione della nostra tensione sinusoidale la
grandezza data da:
ω = 2π f
dove f è la frequenza.
La pulsazione si misura in radianti al secondo (rad/
s) e in altre parole ci dice di quanto ruota la spira
per ogni secondo che passa.
Il valore istantaneo di una tensione sinusoidale con
valore di picco Vp è dato da:
v(t) = Vp ⋅ sinωt
dove “sin” rappresenta la funzione “seno”, che la
tua calcolatrice conosce meglio di te (per fare
questi calcoli ricorda di impostarla in radianti!)
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Sezione 4
Coppie di poli del rotore
Se il rotore possiede una coppia di poli (N e S), per
ottenere una frequenza di 50 Hz esso deve fare 50
giri al secondo (3000 giri al minuto).
Utilizzando un rotore con due coppie di poli, fatto
con due avvolgimenti a 90° tra di loro (attenzione,
non confondere gli avvolgimenti del rotore con
quelli dello statore), ad ogni giro del rotore il campo
magnetico farà due variazioni complete... è come
se l’albero ruotasse al doppio dei giri.
In generale allora la
frequenza della corrente
alternata prodotta dipende
dal numero delle coppie
di poli (p) del rotore e dal
suo numero di giri (n):
f =p⋅n
Ad es. se un alternatore
possiede otto coppie di poli:
p=8
e ruota a 375 giri al minuto:
375
n=
= 6,25 giri /s
60
avremo:
f = p ⋅ n = 8 ⋅ 6,25 = 50 Hz
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