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Discussione: 4 Generatori (in alternata) di tensione...e di corrente

  1. #1
    TUTOR

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    NOTA: Per comprendere bene quanto segue sono necessarie alcune nozioni basilari.
    Consiglio pertanto la lettura prima & almeno dei seguenti argomenti:
    - premesse
    - 0 Tensione & corrente
    - 1 Generatori (in continua) di tensione e di corrente

    Consiglio inoltre caldamente di dare un'occhiata anche alla sezione sulle unità di misura qua , specialmente per la definizione di tensione & corrente.

    --------------------


    Cerchiamo di trattare ora/qua di generatori NON in continua.
    Precisazione: con il termine "generatore" indico un oggetto generico (come quello associato al simbolo negli schemi elettrici), ovvero qualcosa che potrebbe essere un alternatore (una dinamo per quelli DC), ma anche un inverter, la rete di distribuzione, ecc., ecc.
    Sto scrivendo che mi soffermo sull'aspetto elettrico, più che su quello fisico / di implementazione.

    Caratteristica di un generatore in continua (non importa se di corrente o tensione) è quella di generare (tentare, almeno..) un qualcosa di costante nel tempo.
    Così esempio un generatore 12V, genererà questa tensione ora...fra 10 minuti..fra due giorni..ecc. Inoltre la genererà costantemente per tutto il tempo...cioè misurandone il valore in ogni/qualsiasi istante dei dieci minuti....due giorni ....ecc. si misurerà SEMPRE lo stesso valore "di targa" (12V nell'esempio fatto)

    Viceversa un generatore NON in continua...lo dice la parola ...non genererà in "continuazione" la stessa tensione (o corrente, secondo il tipo...). Presenterà cioè un comportamento VARIABILE nel tempo. Ciò significa che misurando in certi istanti (campionando...) casuali...possono essere rilevati valori differenti.

    Quando la legge di variazione ha un andamento RIPETITIVO, ossia "peridodico", si parla di solito di generatori caratterizzati da una certa frequenza, dove la periodicità assume un valore caratteristico (per esempio la rete 220/230Vac è "50Hz" di frequenza in Europa.... 60Hz in America)
    Con "frequenza"...lo dice la parola ...si tende ad indicare appunto con "quanta frequenza" si ripete la storia...

    Cosa significa? Significa che l'andamento della tensione o corrente prodotta dal generatore è sempre prevedibile, conoscendo la legge..diciamo..temporale...che lo determina. È un po come un carillon...non importa quante note e con che complicazione le emette...prima o poi il "cilindro" fa il "giro" e si ripete tutto esattamente come prima.
    Viceversa un generatore che da esempio 2V per 10sec poi 3V per 200 poi 4V per 2...ecc...senza mai "ritornare" ad un punto dove ripete 2V per 10sec, 3V per 200, 4V per 2....ecc non è un generatore periodico o con frequenza F="x"....(è più un generatore casuale...oppure anche non casuale ma arbitrario...)

    Trattiamo ora di quei generatori ripetitivi/periodici/riproducibili/.
    Di questi generatori ce ne possono essere di vari tipi (così come una linea retta =continua può avere una sola forma...mentre una linea storta/libera...può assumere svariate forme...).
    (in costruzione...)

    Abbiamo visto come In un generatore NON in continua la "cosa" generata possa assumere determinati valori nel tempo...Abbiamo visto che questo può essere ripetitivo, con una certa frequenza quindi...o meno! Si può aggiungere che il valore prodotto può anche ad un certo punto essere nullo (niente lo vieta!) o addirittura opposto/negativo.

    Cosa significa????
    Semplice...se prendiamo un generatore esempio di tensione...."battezziamo" come massa/riferimento il suo polo negativo....andiamo a vedere cosa fa il nostro generatore sul polo positivo. Se è in continua, esempio 12V...il polo posistivo si troverà 12V più positivi (il livello dell'acqua nel serbatoio è 12 metri...) rispetto al negativo (rispetto alla base del serbatoio), che avendolo battezzato come massa/terra/riferimento (avendo "posato" il serbatoio sul pavimento dove stiamo....)...è un +12 in assoluto (è 12 metri di altezza..rispetto a dove stiamo noi...). Se invece il generatore non è in continua..potrà esempio salire a 20...scendere a 4...risalire a 12...e scendere anche a "0" (e così il livello dell'acqua nel nostro serbatoio in questo caso è nullo). Ma nulla vieta al polo prima positivo di assumere valori negativi -2V...-10V...ecc... diventare cioè più negativo del polo negativo! In pratica è come se si invertissero i collegamenti. Tornando al serbatoio è come se scoprissimo che il nostro pavimento non era al pian terreno ma esempio al 4 piano....così se il serbatoio era in reltà "basato" al pino terra, il livello dell'acqua può scendere sotto i nostri piedi! (Pensate anche a un pozzo...).

    Quando i generatori assumono in certi istanti polarità opposte/negative....e quando questo è fatto con una certa frequenza/periodicità si parla di un particolari generatori:
    generatori in ALTERNATA.
    Cosa significa? Beh...lo dice la parola: quel che è generato si "alterna"...più precisamente la polarità "cambia" nel tempo e regolarmente secondo una certa legge.
    Un esempio pratico è...ancora la cara 220/230V di "casa". È una tensione alternata...significa cioè che nella presa i due "buchi" per un pò sono positivo e negativo...per un altro po sono invece negativo e positivo...e questo con periodicità, ovvero frequenza costante (50Hz...)
    Ora si capisce perchè inserendo un qualsiasi utilizzatore (TV, frigo, asciugacapelli, radio...ventilatore, ecc.) tutto funziona perfettamente sia se si inserisce la spina in un modo...sia se si toglie e si reinserisce ruotata di 180 gradi/rovesciandola...

    (da finire...)

    Edited by gattmes - 26/3/2008, 09:31

  2. #2
    TUTOR

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    Ho scritto di generatori non in continua...
    ho scritto anche di particolari generatori..ripetitivi..
    ho critto anche di particolarissimi generatori in "alternata"...ma.......

    Quindi per queste categorie (ce ne sono tante altre come già detto...) sappiamo che la polarità si alterna.....che lo fa con un certa ripetitività....che il valore varia quindi nel tempo....MA???? COME varia??? con che legge....che andamento/forma assume la "cosa" generata....che FORMA D'ONDA?...
    A proposito perchè si chiama "onda".....Beh se pensate all'onda del mare... al serbatoio dove il "livello" dell'acqua rappresenta la tensione.....al mare quando ci sono le onde l'acqua va su e giù ...cambia cioè di ...livello (tensione quindi)!!!! Il moto ondoso poi è....alternato......ed è ....ripetitivo...... ;)

    Un particolare andamento/forma d'onda ..è quello sinusoidale. In questo andamento, partendo dal valore zero per semplicità, si sale verso un massimo...ma non linearmente. All'inizio si sale velocemente..poi ci si "rammollisce"...fino a fermarsi..."sulla cresta dell'onda"..poi si ridiscende...inizialmente piano.poi sempre più velocemente. Arrivati a zero...si ripete il tutto ma in NEGATIVO...ovvero si scende velocemente poi sempre meno...fino ad arrivare ad una "cresta negativa"...poi si risal...dapprima lentamente poi velocemente fino allo zero. Quindi si è conclusi "un giro"..o se preferite un periodo.....o meglio UN CICLO.

    È come lanciare un sasso verso l'alto ...parte dritto e veloce...poi rallenta e piega la traiettoria fino ad arrivare a fermarsi a mezz'aria per un istante, dopodiche precipita (prima piano poi sempre più forte.

    Per maggiori info: http://it.wikipedia.org/wiki/Seno_(trigonometria)

    image

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    Un'altra forma d'onda puo essere la triangolare. In questo caso la "cosa" generata parte da zero (per comodità), sale linearmente (vuol dire che... esempio... dopo 2 secondi è arrivata al valore X, dopo quattro al valore 2X...dopo 6 al valore 3X...ecc.) fino ad un massimo per poi ridisscendere sempre linearmente...segue ciclo negativo speculare.
    Ho parlato di "triangolare" perchè meglio comprensibile...
    Tutte le forme d'onda sono in realtà rappresentabili con insiemi di sinusoidi di vari valori/frequenze
    (NOTAvedere questa discussione al riguardio: http://www.forumcommunity.net/?t=3300478 )


    ....ah....la nostra "amica" 220-230V di casa è sinusoidale!!!! Visto che sappiamo che è alternata chiamiamo i Volt alternati come si usa convenzionalmente Vac...e quindi diciamo bene nome cognome e sopranome:
    220/230Vac 50Hz.

    (per ulteriori info sul valore di tensione di rete e/o frequenza e/o spine/prese nei vari paesi:
    http://it.wikipedia.org/wiki/Standard_elettrici_nel_mondo )

    D Stai dicendo (scrivendo) che non sempre ci sono 220Vac nella presa????
    R Si! Proprio così! La tensione è variabile...sale fino ad un massimo...in realta circa 310V...poi scende fino a zero...quindi le polarità si invertono e scende allo stesso valore massimo speculare...cioè circa -310V. Quindi "infilando le dita" (NON FATELO!!) in un preciso istante non si prende la scossa perchè la tensione è zero...o comunque a valori ancora troppo bassi ..diciamo sotto i 20..30V (il problema è beccare l'istante giusto...e visto che "succede" decine di volte al secondo ..è come fare una quaterna)...

    (continua....)

    Edited by gattmes - 9/6/2006, 14:08

  3. #3
    TUTOR

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    D Aspetta un attimo! La tensione di rete indicata con 220Vac (o 230Vac) è in realtà oltre 300V???
    R No. Non ho scritto proprio questo. Ho scritto che raggiunge un valore di picco di circa 310V. Infatti ho precedentemente spiegato che si tratta di una tensione..non continua...precisamente alternata e di forma sinusoidale. Quindi in un dato istante può essereci uno qualunque dei valori compresi tra -310V e + 310V (NR "fase" rispetto al "neutro"..)

    D Si, si...ok! Ma se arriva a 310V perchè è "detta" 220Vac....da dove cavolo salta fuori? ...Mi rendo conto che un motivo c'è, se tutti la definiscono così.
    R Beh...pensa un po se la frequenza....cioè il...diciamo...tempo ..con cui varia la forma d'onda ...dicevo...fosse molto lento (<< 1Hz). Immagina anche di collegare una lampadina..cosa succederebbe? La luce nella stanza sarebbe variabile lentamente da nulla ad un massimo. Se fuori è buio e la luce scende a valori minimi o addirittura diventa nulla...per quella frazione di tempo non puoi leggere..il tuo libro! Oppure pensa di collegare una stufa (elettrica) e di avere una variazione più lenta...diciamo 4-5 ore per fare un ciclo...cosa noti? Che per un bel po di tempo te ne stai al freddo!.
    Ora prendendo questo secondo esempio...se la casa è grande...di quelle antiche con i muri di pietra che "tengono"...in realtà avresti una...diciamo.."livellazione"....non staresti per parecchio tempo al freddo grazie "all'accumulo". Tuttavia non godresti dell'ottimo/massimo calore prodotto "al picco"...perchè anche questo livellato dalla capacità accumulativa della casa...Se la stufa va da 0 a 100 come calore prodotto...ne avresti uno ...efficace..... sui 70! Cioè collegando la tua stufa ad una fonte CONTINUA e regolandola in modo da far fare "70" alla stufa avresti lo stesso risultato. Quindi qua avrai capito che il valore in continua non dovrà corrispondere al massimo picco (altrimenti la stufa "fa" 100!), ma un po meno.

    D Ah.....quindi questo 70 è ..il valore equivalente continuo di quella "sinusoide" che al picco era 100? Quindi deduco che quel 220Vac (o 230Vac) è un qualche valore equivalente del picco massimo. Ma come vien fuori questo valore..spiega meglio
    R 220Vac è il cosidetto valore efficace. Il valore efficace è proprio l'equivalente in continua che produrebbe gli stessi effetti termici. Così una stufa collegata ad un'onda sinusoidale 311V picco, scalda in modo identico se collegata ad una tensione continua di 220V...da cui segue che quella sinusoidale (311V) si può definire come 220Vac (valore efficace). C'è un preciso rapporto matematico tra il valore di picco e il valore efficace. In questo caso è "radice di 2", ovvero il picco è 1,4142... volte l'efficace.

    D Bene! quindi data una forma d'onda, misuro il picco e calcolo il valore efficace dividendo per radice 2??
    R Ni!! Dipende dalla forma d'onda! Per le sinusoidi è come detto radice 2...per le triangolari è "radice 3" (1,7 circa)per le altre forme sarà un altro numero. Matematicamente il valore efficace, detto anche rms (dall'inglese...) è la "radice quadrata della media dei valori al quadrato". Cioè si "campiona" la forma d'onda in determinati istanti...si moltiplicano al quadrato i valori ottenuti, si fa la media ...e si fa la radice di questa.

    D Cavolo! Che complicato!
    R Per questo si utilizzano le "regolette" radice 2, radice 3...è più semplice..se la forma d'onda è quella.

    per maggiori info: http://it.wikipedia.org/wiki/Valore_efficace

    Edited by gattmes - 9/6/2006, 15:07

  4. #4
    TUTOR

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    Ma perchè si usano generatori/forme d'onda diversi dalla continua? No n sarebbe tutto più semplice senza?
    In fondo servono sempre due fili.

    Le tensione/correnti alternate hanno delle peculiarità. In effetti in passato c'è stata grande discussione e battaglia sull'argomento..tra chi era a favore della continua (es. Edison)....e chi dell'alternata (es. Tesla).

    Ad esempio per trasformare una tensione sinusoidale da un valore ad un'altro basta un trasformatore..un oggetto formato da materiale ferroso e avvolgimenti di rame isolato...niente elettronica, niente parti in movimento.
    Oggi con l'elettronica si possono fare convertitori molto piccoli di tensioni anche continue..ma pensate a SOLI 50 anni fa!!!!!! Per farlo a volte si ricorreva ad una coppia motore-dinamo, la prima collegata alla tensione originale, la seconda progettata per fornire la tensione voluta! Rumore..peso...dimensioni..usura!!!!

    Poi senza i segnali variabili non ci sarebbe la radio (come distinguere una trasmittente da un'altra se la differenza è proprio...la frequenza!!), ne Tv.....ne CELLULARI!
    Ecc. ecc.

    Rimanendo sul discorso "rete"... e facendo un esempio terra-terra: pensa la comodità (con l'alternata) di infilare arbitrariamente la spina nella presa. Se fosse in continua bisognerebbe (beh... in prima aprossimazione.. poi ci possono essere "trucchi"...) inserire la spina SOLO in un modo.. sarebbe quindi necessario inserire dei blocchi meccanici (polarizzazioni) per evitare di inserirle a rovescio (come es connettori sul retro dei computers da cui scriviamo...)


    Edited by gattmes - 30/6/2007, 11:17

  5. #5
    TUTOR

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    Parlando ad esempio di ... "ditribuzione/trasporto" della rete e per quanto detto su circa i trasformatori, è molto semplice con l'alternata convertire di tensione secondo le esigenze...
    ..così ad esempio si possono avere linee di alta tensione (AT), media tensione (MT) e di bassa tensione.
    Per esempio volendo trasportare energia su grandi distanze (es dalla Svizzera all'Italia..) si usano tensioni di 220000 Volt e oltre!.. Una distribuzione più locale può essere fatta a tensioni intorno al migliaio.
    Perchè? Il motivo sta nei.... watt!!! Si infatti l'energia... o meglio ... la potenza (watt) trasportata è il prodotto tra la tensione e la corrente. Elevando la prima è chiaro che diminuisce la seconda a parità di potenza trasportata.
    Tuttavia (se avete letto le "premesse" e la parte sulla "resistenza"...) i fili fisicamente impiegati sui tralicci per il trasporto presentano una resistenza che, seppur piccola x metro lineare) diventa importante visto le centinai di km da percorrere.
    Dal momento che le perdite di trasporto, ovvero sui fili, dipendono dalla resistenza di questi e dal quadrato della corrente che ci passa è chiaro che dividendo ad esempio x 10 la corrente (quindi moltiplicando altrettanto la tensione, ovvero 220Vac x 10=2200Vac) le perdite si sono ridotte di 10x10=100! Pensate con 220000 Volt!!!

    D Ma allora perchè non si usa sempre una tensione così alta?
    R Perchè richiede "isolamenti" adeguati... Così per l'AT è possibile costruire grandi e alti tralicci.. con grossi "isolatori" e fili ben distanziati. Lo stesso non è fattibile in casa... o anche nel paese/città/ centro abitato ,,,dove si possono si mettere pali/tralicci.. ma di dimensioni più contenute (=tensione inferiore)!

    In tutti questi "passaggi" tra AT-MT, ecc. si usano praticamente trasformatori. Per capire quanto sostanzialmente semplice sia la cosa.. a volte (sopratutto in periferia) se ne trovano montati direttamente sui pali!

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