Alternatore

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Un alternatore trifase

L'alternatore è una macchina elettrica rotante, che trasforma energia meccanica in energia elettrica sotto forma di corrente alternata.

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

La macchina è costituita da una parte cava fissa, chiamata statore, al cui interno ruota una parte cilindrica mobile, 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. Questi elettromagneti sono a loro volta opportunanmemte alimentati.

Un esempio sono i generatori delle grosse stazioni di produzione di energia elettrica, quelle idroelettriche, quelle a vapore o altre; anche le centrali nucleari utilizzano il medesimo principio: la reazione termonucleare serve solo a generare il calore necessario ad un comune ciclo termico che, facendo ruotare un albero, mette in movimento l'asse di un alternatore.
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).

Un alternatore è presente anche nelle automobili, con la funzione di mantenere carica la batteria ed alimentare tutte le funzioni elettriche di bordo. Poiché la batteria opera in corrente continua, è presente un raddrizzatore, con la funzione di trasformare la corrente alternata in continua.
Nelle biciclette è utilizzato un piccolo alternatore per alimentare (in corrente alternata) i fanali.
In entrambi i casi è preferito l'uso dell'alternatore rispetto alla dinamo poiché quest'ultima è meno affidabile per la presenza di collettore e spazzole, assenti nel primo.

[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. Per la legge di Faraday-Neumann che afferma che una sbarra di metallo che si sposta attraversando un campo magnetico produce una differenza di potenziale pari a:

$V =\frac {\Delta \Phi} {\Delta t}$

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:

$V = \frac {B \cdot S \cdot d\cos \omega t}{dt}$

che applicando le regole delle derivate si giunge a:

$B S (- \omega\sin(\omega t))\,\!$

e ponendo $f_{em} = B S\omega \,\!$ si ottiene che:

$f_{em}(t) = f_0 \sin(\omega t + \alpha_0)\,\!$

per $α 0$ si intende l'angolazione iniziale da cui parte l'alternatore; quindi dividendo tutto per R:

$i(t) = i_0\sin(\omega t + \alpha_0)\,\!$

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

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