Cosa è un alternatore?

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1 L alternatore

2 Cosa è un alternatore? L alternatore è una macchina elettrica rotante il cui funzionamento è basato sul fenomeno dell'induzione elettromagnetica. L alternatore trasforma energia meccanica in energia elettrica sotto forma di corrente alternata sinusoidale. Page 2

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4 Induzione elettromagnetica Se disponiamo in un campo magnetico uniforme una spira, o meglio un gruppo di spire, e la facciamo ruotare con velocità costante, nella spira, a causa della variazione continua del flusso ad esso concatenato, si genera una forza elettromotrice indotta e = Φ t Page 4

5 Il flusso del vettore B Dato un campo magnetico uniforme B e una superficie piana S immersa nel campo, si chiama flusso del vettore attraverso la superficie S, il prodotto di S per la componente di B lungo la direzione perpendicolare ad S: B Φ = S B cosα Dove con α abbiamo indicato l angolo che la normale al piano della spira forma con le linee di campo magnetico Page 5

6 Φ = S B cosα analizziamo qualche caso: α= 0 cos 0 =1 Φ= S B cos0 = SB il flusso ha valore massimo quando il piano della spira (superficie S) è perpendicolare alle linee di flusso del campo ossia l asse della spira (perpendicolare al piano della spira) è parallelo alle linee di flusso α= 90 cos 90 =0 Φ= S B cos90 = 0 il flusso ha valore nullo quando il piano della spira (superficie S) è parallelo alle linee di flusso del campo ossia l asse della spira (perpendicolare al piano della spira) è perpendicolare alle linee di flusso Per posizioni diverse il flusso assumerà valori compresi fra 0 e SB. Page 6

7 Il segno del flusso Per convenzione si assegna verso positivo alla normale quello uscente dalla superficie S della spira; il vettore B è considerato positivo se ha lo stesso verso della normale, negativo se ha verso opposto. Ne deriva che il flusso è positivo se B esce dalla superficie, negativo se entra. B Page 7

8 Andamento della f.e.m. indotta Quando l asse della spira è parallelo alle linee di campo, la spira viene attraversata da un flusso Φ massimo. Una rotazione infinitesima della spira a cavallo di questa posizione non provoca alcuna variazione di flusso ( Φ=0) infatti il flusso Φ quando l asse della spira forma con le linee di induzione magnetica un angolo α è lo stesso che si ha quando l asse della spira forma con le linee di induzione magnetico un angolo α. Non essendoci variazione di flusso la f.e.m. indotta è nulla. Page 8

9 Continuando la rotazione avremo una variazione sinusoidale del flusso che dal valore massimo si annulla dopo una rotazione di 90 (asse della spira perpendicolare alle linee di induzione magnetica). La corrispondente variazione di flusso Φ, pur assumendo valori negativi, aumenta con legge sinusoidale e raggiunge un valore massimo dopo una rotazione di 90 = π/2. In tale posizione la f.e.m. indotta raggiunge il suo valore massimo positivo. Page 9

10 Proseguendo la rotazione avremo una diminuzione della variazione di flusso Φ che si annullerà per una rotazione di 180 = π. In questa posizione la f.e.m. indotta è nulla. Page 10

11 Una ulteriore rotazione darà luogo ad una variazione di flusso di segno contrario alla precedente (l asse della spira è rivolto in verso opposto alle linee del vettore induzione); essa induce una f.e.m. indotta negativa che sarà massima dopo una rotazione di 270 = 3/2 π. Dopo una rotazione di 360 =2π la f.e.m. indotta assumerà nuovamente il valore 0. Page 11

12 α= 0 α= 90 α= 180 Page 12

13 La variazione della f.e.m. indotta La variazione della f.e.m. indotta è rappresentata da una curva avente un andamento sinusoidale. Page 13

14 In un alternatore invece di avere una sola spira avremo un sistema di conduttori formato da N spire collegate tra loro in serie (indotto). Il valore efficace della f.e.m. indotta sarà uguale alla somma delle singole f.e.m. indotte nelle N spire. Page 14

15 Generalmente invece di far ruotare l indotto si preferisce far ruotare il sistema induttore: si ha quindi il sistema indotto fisso posto all esterno ed il sistema induttore, rotante, posto all interno. INDOTTO INDUTTORE Page 15

16 Se il sistema induttore è costituito: - Da 2 espansioni polari avremo un alternatore a 2 poli - Da 4 espansioni polari avremo un alternatore a 4 poli Page 16

17 L alternatore trifase Gli alternatori trifase, come quelli monofase, possono essere a 2 o a 4 poli. Negli alternatori a 2 poli invece di avere una sola coppia di avvolgimenti indotti se ne hanno 3 sfasati fra di loro di 120 in modo da generare tre f.e.m. indotte sfasate fra di loro di 120 Page 17