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Differenza tra alternatore e dinamo

Qual è la differenza tra alternatore e dinamo?

L’alternatore è un dispositivo che trasforma energia meccanica, in particolare energia cinetica, in energia elettrica, una sorta di motore elettrico al contrario.

L’alternatore è quindi un elemento che si trova in qualsiasi centrale elettrica (idroelettrica, carbone, eolica, nucleare, geotermica…) in cui si sfrutta il movimento di una turbina messa in rotazione ad esempio dal vapore dell’acqua riscaldata, dal vento o dalla caduta dell’acqua in una cascata per la creazione di una corrente elettrica alternata grazie alla legge di Faraday Neumann Lens sull’induzione elettromagnetica.

L’alternatore è dunque un generatore di corrente e di tensione alternata che trasforma l’energia cinetica in energia elettrica.

Il principio di funzionamento è la legge dell’induzione elettromagnetica di Farady Neumann Lenz per cui è possibile generare una fem indotta e quindi una corrente elettrica indotta facendo variare il flusso del campo magnetico attraverso la superficie delimitata da un circuito.

In particolare il flusso del campo magnetico attraverso una superficie piana immersa all’interno di una regione dello spazio in cui è presente un campo magnetico di intensità B è pari al prodotto dell’intensità del campo B per la superficie totale S per il coseno dell’angolo tra campo magnetico e vettore normale alla superficie.

Φsp (B) = B∙ S ∙ cosα

La legge di Faraday Neumann Lenz afferma che ogni volta che si ha variazione di questo flusso rispetto al tempo si osserverà nel circuito in considerazione la manifestazione di una fem indotta cioè di una tensione proprio come se ci fosse una batteria.

Il flusso del campo magnetico può variare se si è in presenza di un campo magnetico variabile, oppure se varia la superficie del circuito o se varia l’angolo tra spira e campo.

Nel caso dell’alternatore, a variare è l’angolo tra ogni spira e campo magnetico uniforme generato da un magnete permanente in quanto l’avvolgimento delle N spire (se ne usano molte per aumentare la superficie attraverso cui varia il flusso) è posto in rotazione dal movimento ad esempio del vapore acqueo riscaldato sfruttando le reazioni nucleari dell’uranio in una centrale nucleare. Lo schema di funzionamento di un alternatore è il seguente:

Schema di funzionamento di un alternatore

La corrente e la fem in uscita da un alternatore sono alternate cioè cambiano in continuazione in modo alterno e ad intervalli regolari di tempo quindi con una ben precisa frequenza.

Mentre una corrente continua è una corrente costante nel tempo, cioè una corrente che assume sempre lo stesso valore di intensità, come quella che esiste in un circuito in cui è presente una pila, una corrente alternata invece rappresenta una corrente che varia nel tempo secondo una curva sinusoidale.

Corrente continua e corrente alternata

Una corrente ed una tensione alternata dunque oscillano con una frequenza f che si misura in Hz tra due valori di picco, uno positivo ed uno negativo con una legge matematica del tipo:

i(t) = i0 ∙ sen (ω∙t) per la corrente e

V(t) = V0 ∙ sen (ω∙t)  per la tensione

in cui ω è la pulsazione dell’oscillazione pari a:

ω = 2∙π∙ f

e si misura in rad/s.

Il valore di picco della corrente e della tensione alternata si indicano con i0 e V0 e rappresentano l’ampiezza dell’oscillazione.

In un circuito puramente resistivo la potenza assorbita varia in funzione del tempo secondo la legge:

P(t) = R ∙ [i(t)]2  = R∙ i02 ∙ sen2(ω∙t)

Poiché la corrente varia istante per istante anche la potenza varierà ad ogni istante. Se vogliamo calcolare dunque la potenza media assorbita ad ogni ciclo basterà osservare il grafico P(t):

Potenza media alternatore

P(t) varia tra i due valori di picco R∙i02 e 0 e come si evince intuitivamente dal grafico il valore medio vale:

Se la corrente fosse continua, indicando con i tale corrente, avremmo che la potenza assorbita sarebbe pari a R∙i2 e ponendo uguali le due potenze si ottiene una relazione tra questa corrente continua che sintetizza l’andamento di i(t) e il suo valore di picco i0:

da questa relazione si ricava che:

Tale corrente si dice corrente efficace ieff e rappresenta il valore di una intensità di corrente elettrica continua che produce gli stessi effetti su di un resistore al passaggio di una corrente alternata con valore di picco pari a i0:

Ieff alternatore

Allo stesso modo la tensione efficace si calcola come:

Veff alternatore

Dinamo

A differenza dell’alternatore una dinamo invece restituisce una corrente e una tensione continua. In sostanza una dinamo è un generatore di corrente continua costituito da un alternatore e da un “raddrizzatore” che serve a trasformare la corrente alternata in corrente continua.

Una dinamo riesce a mantenere sempre lo stesso verso di tensione e corrente in uscita grazie alla presenza di un commutatore ovvero un dispositivo a forma cilindrica su cui ruotano delle spazzole che rappresentano due circuiti in parallelo.

Grazie alla rotazione di queste spazzole quando avviene l’inversione di polarità in una sezione la spazzola abbandona questa sezione entrando in contatto con la successiva e mantenendo costante l’output in uscita.

Principio di funzionamento dinamo

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