Informazioni sui generatori CA

Senza l'invenzione del generatore di corrente alternata e il suo sviluppo nell'ultimo secolo o giù di lì, il mondo sarebbe davvero un posto molto oscuro. I generatori che producono corrente alternata alimentano le nostre luci, i nostri sistemi di riscaldamento e raffreddamento, i nostri elettrodomestici e i nostri computer. Originariamente inventati per caso, i generatori di corrente alternata erano un tempo ritenuti inutili e inutilizzabili e sono stati poi diffamati per molti anni prima di diventare finalmente le macchine indispensabili che sono oggi.

Un generatore di corrente alternata applica la legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica per creare una corrente alternata ruotando bobine di filo all'interno di un campo magnetico. L'energia meccanica fa ruotare le bobine, solitamente da un motore alimentato da vento, acqua, diesel o altre fonti di energia.

Corrente alternata rispetto alla corrente continua

La corrente alternata, o CA, è il tipo di elettricità disponibile da le prese nelle tue pareti, mentre corrente continua, o DC, è fatto da batterie. L'elettricità statica è anche elettricità CC, prodotta sfregando seta e vetro l'uno contro l'altro o passando un pettine di plastica tra i capelli.

La corrente continua mantiene la stessa polarità nel tempo e va sempre nella stessa direzione, motivo per cui i terminali positivo e negativo di una batteria non cambiano mai. La polarità o la direzione della corrente alternata cambia più volte al secondo, quindi anche il flusso di elettricità cambia più volte al secondo. Negli Stati Uniti, l'alimentazione CA in casa si alterna 60 volte al secondo.

Mentre molte cose nelle nostre case e uffici richiedono corrente CA, molti dei dispositivi che alimentiamo utilizzando una presa CA utilizzano effettivamente una corrente CC. Ciò include la maggior parte dell'elettronica, compresi i computer. Un raddrizzatore collegato al cavo di alimentazione esegue la conversione.

Come funzionano i generatori

In poche parole, se ruoti a campo magnetico attorno alle bobine di filo o ruotare le bobine di filo all'interno di un campo magnetico, hai creato un generatore di corrente alternata. La fisica dietro questo è descritta dalla legge di Faraday dell'induzione elettromagnetica.

Per capire come il campo magnetico produce una corrente alternata, immagina un magnete, come l'ago di una bussola, che gira. In qualsiasi punto intorno alla bussola, i poli positivo e negativo del magnete passano mentre il magnete gira. Il campo magnetico alternato applicato a una bobina di filo alterna la polarità della tensione, producendo una corrente di inversione nel circuito.

I generatori CC sono simili ai generatori CA, ma sono più complessi da progettare, non sono così efficienti e richiedono molta più manutenzione rispetto ai generatori CA. Un generatore DC ha la sua bobina di filo montata sull'albero, mentre un generatore AC ha il magnete lì. Quando la bobina gira, entra in contatto con le spazzole di carbone montate attorno alla bobina, accendendo e spegnendo il circuito esterno in ritmo con i poli magnetici alternati in modo che una sola polarità venga inviata al circuito esterno.

La storia dei generatori CA

La storia dei generatori CA è intrecciata con la storia delle dinamo e dell'elettricità CC. Il generatore elettrico ha le sue origini nel lavoro di Michael Faraday e Joseph Henry, che scoprirono l'induzione elettromagnetica. Il primo generatore di corrente alternata è stato creato accidentalmente da Hippolyte Pixii mentre stava inventando la prima dinamo nel 1832, che erogava impulsi di elettricità in corrente continua. Dopo il 1832, alcune importanti pietre miliari nello sviluppo dei generatori includevano:

1860: Antonio Pacinotti inventò una dinamo che forniva corrente continua.
1867: Werner Von Siemens e Charles Wheatstone inventarono una dinamo più potente usando un elettromagnete autoalimentato.
1871: Zenobe Gramme ha creato la prima dinamo commercialmente fattibile inserendo un nucleo di ferro nel campo magnetico, aumentando notevolmente la potenza.
1878: La società Ganz ha creato i primi generatori di corrente alternata da utilizzare nelle operazioni commerciali a Budapest.

Fino alla fine degli anni 1880, l'uso precoce dell'elettricità era limitato alla corrente continua negli Stati Uniti. Thomas Edison aveva investito molto nella tecnologia DC. Tuttavia, l'alimentazione CC ha iniziato a incontrare problemi quando sempre più persone volevano elettricità nelle loro case e nei loro affari. La corrente continua non poteva essere facilmente convertita in voltaggi diversi, quindi le centrali elettriche dovevano trovarsi a pochi isolati da ogni cliente. Questo sarebbe presto cambiato grazie in gran parte al lavoro di Nikola Tesla.

1893 e la Guerra delle Correnti

Alla fine del XIX secolo, Nikola Tesla, sostenuto da George Westinghouse, aveva dimostrato che, a differenza della corrente continua, la corrente alternata può essere convertita da una tensione all'altra utilizzando un trasformatore. Pertanto, l'energia può essere inviata su lunghe distanze utilizzando un'alta tensione e quindi ridotta a una tensione inferiore per servire i clienti.

Thomas Edison, tuttavia, aveva investito troppo denaro nell'infrastruttura DC per passare all'AC senza combattere. Edison ha iniziato una campagna diffamatoria per screditare l'alimentazione CA come troppo pericolosa da usare e, tra le altre cose, ha promosso una sedia elettrica alimentata a corrente alternata come nuovo metodo di esecuzione e animali randagi fulminati come dimostrazioni pubbliche del pericolo dell'elettricità CA.

Due eventi nel 1893 segnarono la fine del regno di DC. Innanzitutto, la Chicago World's Fair è stata illuminata da 100.000 luci elettriche alimentate dalla corrente alternata di Tesla, abbagliando i milioni di visitatori che hanno partecipato ogni notte. In secondo luogo, la Niagara Falls Power Company ha assegnato a Westinghouse il contratto per generare elettricità dalle cascate del Niagara utilizzando i motori a induzione CA polifase di Tesla (un tipo di generatore CA), che presto fornirebbe energia a Buffalo, New York e alla maggior parte degli Stati Uniti orientali.

Tipi di generatori

I generatori elettrici producono tutti energia elettrica dall'energia cinetica, quindi è comune che siano collegati a un motore per spostare l'albero del generatore. Un motore diesel che gira l'albero di un generatore può essere chiamato generatore diesel, gruppo elettrogeno a combustibile diesel o gruppo elettrogeno a combustibile diesel.

La maggior parte dei generatori, compresi i generatori di riserva, sono installati in modo permanente dove sono necessari, mentre i generatori portatili più piccoli vengono utilizzati per cose come i viaggi in campeggio o per alimentare le case durante un'interruzione di corrente. Tutti i generatori CA possono essere classificati in base alla fonte di energia in ingresso:

Combustibili fossili: Questi includono generatori a benzina, generatori diesel, generatori di gas naturale e generatori di propano.
Energia naturale: Chiamati anche sistemi di generazione di energia verde, questi includono generatori solari e generatori eolici. Anche i generatori idroelettrici, che catturano il movimento dell'acqua che scorre, rientrano in questa categoria.
Energia esistente: Alcuni generatori catturano l'energia in eccesso già prodotta da un'altra macchina o processo, come negli impianti di produzione. I generatori idraulici, ad esempio, utilizzano la pressione idraulica creata da un altro sistema per alimentare il generatore elettrico.

I generatori termoelettrici utilizzano la differenza di temperatura tra due conduttori o semiconduttori in un fenomeno chiamato effetto Seebeck.

Applicazioni dei generatori CA

Oltre alle loro fonti di energia, i generatori possono essere classificati in base alla loro applicazione nell'industria. Alcuni di questi includono:

Centrali elettriche: Questi generatori producono elettricità per un'intera regione, comprese città, paesi, case e aziende.
Agricoltura: Un generatore di presa di forza utilizza l'albero motore di un trattore come fonte di energia in ingresso. Questo è un esempio di generatore portatile.
Aerei: I grandi aerei utilizzano spesso generatori di corrente alternata per fornire energia ai sistemi elettrici di bordo. Un tipo di sistema è chiamato generatore di turbine ad aria compressa per velivoli, che sfrutta la pressione dell'aria creata dal volo dell'aereo per far girare una turbina collegata a un generatore.
Aeroporti: I generatori di avviamento degli aerei e i generatori di supporto a terra alimentano gli aerei quando i motori si spengono per far funzionare i sistemi elettrici di bordo.
Generatori automobilistici: Chiamati alternatori, questi producono corrente alternata che viene trasformata in corrente continua per far funzionare i sistemi elettronici del veicolo. I veicoli con requisiti di potenza maggiori, come i veicoli ricreazionali, hanno generatori più grandi.
Generatori marini: Usando i motori della nave come fonte di energia in ingresso, questi forniscono energia ai sistemi elettrici di una nave.
Saldatura: I generatori di saldatura ad arco forniscono correnti di uscita elevate, misurate in centinaia di ampere, per fornire l'elettricità necessaria per le apparecchiature di saldatura ad arco.