Scarica la generazione di corrente alternata e più Appunti in PDF di Sistemi elettronici automatici solo su Docsity! La generazione di corrente alternata Dobbiamo innanzitutto tener presente che storicamente l'elettricità è stata utilizzata dapprima sotto forma di corrente continua. Questo perché il primo generatore elettrico inventato dall'uomo, ossia la pila di Alessandro Volta realizzata alla fine del 1799, generava tensione e quindi corrente continua. Successivamente, agli inizi della distribuzione elettrica industriale che avvenne verso la fine del 1800 fu quindi adottata la corrente continua (Edison brevettò il sistema di distribuzione dell'energia elettrica nel 1880). Di conseguenza anche le prime macchine elettriche per la produzione di energia elettrica furono le dinamo, ossia generatori di corrente continua. Ma furono proprio questi primi utilizzi di energia elettrica a rendere evidenti i limiti di questa tecnologia. Per la verità c'è stato un periodo in cui si è verificata una vera e propria battaglia fra i due sistemi (corrente continua e corrente alternata) con annessi interessi economici per l'affermazione di un sistema sull'altro: è quella che viene ricordata dagli storici come Guerra delle correnti. Guerra delle correnti La cosiddetta guerra delle correnti (elettriche) è stata una competizione economica di mercato del secolo passato, per il controllo dell'allora nascente mercato mondiale dell'energia elettrica. Dopo l'Esposizione Mondiale di Parigi del 1881 e la presentazione a tutto il mondo della lampada di Edison, i nuovi sistemi d'illuminazione elettrica acquisirono sempre maggiore importanza. Inoltre l'elettricità poteva sostituire il vapore per far funzionare i motori e il peso di questa innovazione sembrò poter costituire una seconda rivoluzione industriale: nelle città europee e americane, le centrali elettriche si moltiplicarono, basate sul modello di Pearl Street, la centrale elettrica che Edison fondò nel 1882 a New York, e che produceva quindi energia elettrica sotto forma di corrente continua (CC). Fu la prima azienda elettrica commerciale ad essere impiantata. La crescente domanda di elettricità presto condusse al desiderio di costruire centrali elettriche più grandi, e a porsi il problema del trasporto dell'energia su maggiori distanze. Inoltre, la rapida diffusione di motori elettrici industriali, provocò una forte domanda verso una tensione di esercizio diversa dai 110 V, allora utilizzati per l'illuminazione. Corrente continua e alternata Il sistema di Edison, che utilizzava la corrente continua, era poco adeguato per rispondere alle nuove esigenze che si andavano delineando. Il problema del traspoito era poi ancora più difficile, dato che la trasmissione interurbana di grandi quantità di energia elettrica a 110 V CC era molto costosa e soffriva, inoltre, di enormi perdite per effetto Joule, per via delle correnti elevate necessarie per trasportare grandi potenze con una tensione così bassa (si ricordi: P=V*). Nel 1886, George Westinghouse, un ricco imprenditore appena arrivato nel mercato elettrico, fondò la Westinghouse Electric per competere con la General Electric di Edison. Quest'ultima si basò sulle scoperte e le invenzioni di Nikola Tesla, il quale era convinto della superiorità della corrente alternata (CA) per la distribuzione dell'energia elettrica. La sua convinzione si basava sul fatto che le perdite nella trasmissione dell'elettricità dipendessero dalla tensione; sappiamo benissimo infatti che, a parità di potenza da trasmettere su un conduttore, ad una maggiore tensione corrisponde minore intensità di corrente e quindi minori perdite. A differenza della CC, la tensione della CA si poteva elevare mediante un trasformatore per essere trasportata su lunghe distanze, subendo pochissime dispersioni. Successivamente, prima di provvedere alla distribuzione diretta ai clienti, la tensione si faceva tornare a livelli sicuri e commerciali, mediante un altro trasformatore riduttore. La corrente alternata — Appunti per il corso di Sistemi ed Automazione Industriale a cura Prof A. Del Sole Pag. 1/4 Westinghouse Electric, contro General Electric Edison fu impensierito dalla comparsa di quella che venne definita la "tecnologia Tesla", che minacciava i suoi interessi in un settore di sua creazione. Le due compagnie si affrontarono quindi in una battaglia di relazioni pubbliche, che i giornalisti definirono guerra delle correnti, volte a supportare la migliore qualità dei propri sistemi e imporli come tecnologia dominante. Durante la Fiera Mondiale di Chicago del 1893, l'illuminazione fu affidata alla Westinghouse, che aveva presentato un preventivo pari alla metà di quello della compagnia concorrente e Tesla ebbe l'opportunità di esporre ed esibire i propri generatori e motori a CA. Poco dopo, la Niagara Falls Power Company incaricò la Westinghouse dello sviluppo dei suoi sistemi di trasmissione: fu la fine della guerra delle correnti, e la CA s'impose in tutto il mondo. La corrente alternata sinusoidale. Prima di passare ad illustrare i fenomeni fisici che portano alla generazione di una corrente alternata, è necessario acquisire il concetto di grandezza alternata e di grandezza alternata sinusoidale. Partiamo dal concetto, già ormai acquisito e consolidato di corrente continua: in questo caso abbiamo un flusso costante di cariche elettriche attraverso un conduttore; se pensiamo al più semplice circuito, questo risulta costituito da un generatore (ad esempio una pila) un carico (che può essere un resistore oppure una lampadina) e due conduttori che collegano il carico ai due poli del generatore. Bene, in questo circuito finché manteniamo il collegamento fra carico e generatore e finché dura la carica di quest'ultimo, si ha un flusso di cariche elettriche costante da un polo all'altro del generatore e quindi attraverso il carico. Se riportiamo su un grafico cartesiano l'andamento dell'intensità di corrente che 4 scorre in questo circuito in funzione del tempo otteniamo un retta parallela all'asse delle ascisse, ossia all'asse del tempo. ___________,r Pensiamo ora ad un circuito in cui l'intensità di t corrente non sia più costante (ossia continua) ma vari al passare del tempo; vuol dire che ad ogni istante il suo valore è diverso dal valore di un istante prima. Pensiamo ancora che per alcuni istanti l'intensità di corrente diventi negativa: cosa significa in termini pratici? Significa semplicemente che in tali istanti il flusso delle cariche elettriche nei conduttori si inverte. E come si può realizzare questa inversione del flusso di cariche? Pensiamo che il generatore al suo interno scambi la polarità, ossia attribuisca al polo positivo il potenziale del polo negativo e viceversa. Vediamo ora come, ossia con che modalità, può avvenire questo scambio di polarità. Il modo più semplice che possiamo pensare è quello che vede uno scambio istantaneo ad intervalli di tempo regolari. Il grafico che ne risulta è il seguente: La corrente alternata — Appunti per il corso di Sistemi ed Automazione Industriale a cura Prof A. Del Sole Pag. 2/4