1 Generatori (in continua) di tensione...e di corrente

[gattmes]

NOTA: Per comprendere bene quanto segue sono necessarie alcune nozioni basilari.
Consiglio pertanto la lettura prima dei seguenti argomenti:
http://www.energeticambiente.it/elet...-premesse.html
http://www.energeticambiente.it/unit...-corrente.html

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Trattiamo ora/qua di generatori in continua (in alternata lo vedremo in un altro post).
Precisazione: con il termine "generatore" indico un oggetto generico (come quello associato al simbolo negli schemi elettrici), ovvero qualcosa che potrebbe essere una dinamo (un alternatore per quelli AC), ma anche una batteria o pila, ecc.
Sto scrivendo che mi soffermo sull'aspetto elettrico, più che su quello fisico / di implemantazione.

Un generatore di tensione è..lo dice la parola..un oggetto che genera una ben determinata tensione.
Per esempio un alimentatore da banco può essere un generatore di tensione. Anche una batteria può essere considerata un generatore di tensione (ci si avvicina molto...)

Ma quale è la caratteristica di un generatore di tensione?
La caratteristica principale è quella di generare una tensione costante... in teoria, qualunque siano le condizioni di carico. In pratica genererà una tensione il più possibile costante.

Di solito si presenta con due terminali: positivo e negativo.
1) Se non si applica nessun carico ai terminali, tra loro ci sarà la tensione "di targa", ovvero la tensione caratteristica del nostro generatore (può essere fissa, esempio batteria..., o variabile, esempio alimentatore da banco..). La corrente in uscita sarà invece zero (c'è un "aperto"...)
2) se si collega un carico ai terminali (es. lampadina, o resistenza, o....) il nostro generatore fornirà anche una corrente. Che valore ha questa corrente?
La corrente generata dal generatore di tensione dipende esclusivamente dal carico, in quanto il generatore di tensione controlla soltanto... appunto.. la tensione ai suoi capi! Se questa, a causa di un carico applicato, tendesse a scendere, il generatore inizierà a fornire corrente e tanto più finchè la tensione non ritornerà al valore di targa.

Per meglio comprendere, possiamo considerare il nostro generatore come un serbatoio contenente acqua. Il livello (ovvero la tensione, detta anche differenza di potenziale..e che possiamo considerare come una differenza di livello, quello dell'acqua rispetto la base del serbatoio o pavimento, se posato su di esso...) ha un certo valore "di targa". Se ora noi applichiamo una..."utenza"..pr esempio colleghiamo un lavandino con relativo rubinetto al nostro serbatoio, aprendo il rubinetto il livello dell'acqua nel serbatoio tenderebbe a scendere e tanto più velocemente tanto più il rubinetto sarà aperto, ovvero la "corrente d'acqua" che lo attraversa sarà cospicua.
Ma il serbatoio sarà collegato alla tubazione principale (così come un alimentatore da banco può essere collegato alla rete 220/230Vac...) e il sistema di regolazione (valvola e galleggiante), accorgendosi della variazione di livello, si attiverà per ripristinare il livello di targa. Non importa quanda (corrente) acqua defluisce tramite il rubinetto/lavandino...il serbatoio con il suo sistema di controllo faranno si che il livello sia sempre costante.
Così si intuisce che il serbatoio (con la valvola gallegiante) controllano SOLO il livello, ovvero la tensione, mentre la corrente (d'acqua o elettrica...) in uscita DIPENDE solo dall'utenza (rubinetto & lavandino in campo idrico....resistenza/carico/lampadina/ecc. in campo elettrico).

Cosa succede se si inserisce un carico nullo, cioè un cortocircuito?
In teoria la corrente dovrebbe salire all'infinito: il generatore di tensione tenterà sempre di "presentare" la tensione di targa ai suoi terminali, e per farlo pomperà sempre più corrente.
In pratica (viviamo nella realtà e non nella pura teoria..) questo non accade.
È un po come se al nostro serbatoio (o diga ...) mettessimo un grosso tubo...o meglio un grosso varco...senza nessun rubinetto di controllo: passerebbe una valanga d'acqua (e la valvola a galleggiante a sua volta tenterà di "ripristinare" il livello attingendone altrettanta dalla rete idrica).
È chiaro che ci sono dei limiti pratici alla quantità d'acqua prelevabile. Nel caso elettrico un corto ideale in realtà non esiste. Il "filo" che mette in corto i terminali del generatore, avrà pur una resistenza, bassisima ma non nulla, così la corrente non potrà arrivare all'infinito.

Inoltre di solito i generatori di tensione (es alimentatore da banco) hanno dei limiti, ovvero delle protezioni. Si va dal brutale fusibile a sistemi più raffinati. Così superando una certa corrente d'uscita, oppure una certa corrente/potenza in ingresso, interviene la protezione e la caratteristica di regolazione costante di tensione del generatore viene meno (temporaneamente o definitivamente..dipende dalla protezione.

Comunque deve essere chiaro questo concetto:
A) In un generatore di tensione, la tensione in uscita dipende ESCLUSIVAMENTE dal generatore, e non dal carico.
B) In un generatore di tensione, la corrente in uscita dipende ESCLUSIVAMENTE dal carico, e non dal generatore.
...
(segue generatore di corrente)

Edited by gattmes - 26/3/2008, 09:31 (L ok)

[gattmes]

Che cosa è invece un generatore di corrente?
Beh ..se avete capito i concetti di prima...

..un generatore di corrente è..lo dice la parola..un oggetto che genera una ben determinata corrente.
Per esempio un alimentatore da banco può essere un generatore di corrente (quando funziona in limitazione di corrente, se provvisto). Una batteria non può essere considerata un generatore di corrente, si avvicina di pù ad un generatore di tensione.

Ma quale è la caratteristica di un generatore di corrente?
La caratteristica principale è quella di generare una corrente costante in teoria, qualunque siano le condizioni di carico. In pratica genererà una corrente il più possibile costante.

Di solito si presenta con due terminali: positivo e negativo.
1) Se si applica un cortocircuito tra i terminali, tra loro ci passerà la corrente "di targa", ovvero la corrente caratteristica del nostro generatore (può essere fissa...,o variabile..). La tensione in uscita sarà invece zero (c'è un "cortocircuito"...)
2) se si collega un carico ai terminali (es. lampadina, o resistenza, o....) il nostro generatore fornirà anche una tensione. Che valore ha questa tensione?
La tensione generata dal generatore di corrente dipende esclusivamente dal carico, in quanto il generatore di corrente controlla soltanto... appunto.. la corrente uscente ai suoi capi! Se questa, a causa di un carico applicato, tendesse a scendere, il generatore inizierà a fornire più tensione, tanto più finchè la corrente non ritornerà al valore di targa.
Quindi tanto più il carico diminuisce come utenza/potenza, ovvero tanto più aumenta il suo valore ohmico, ovvero tanto più ci si allontana dal corto circuito, .....tanto più salirà la tensione ai capi del generatore.

Per meglio comprendere, possiamo considerare il nostro generatore come un rubinetto/pompa che controlla il flusso d'acqua proveniente da un serbatoio/bacino. Il livello di corrente d'acqua sarà limitato dal nostro rubinetto se l'utenza tenta di prelevarne di più. Se supponiamo che l'utenza è un tubo/manichetta mobile, ma inizialmente molto più bassa del livello de serbatoio/bacino (per esempio il serbatoio sul soffitto e la manichetta per terra...), aprendo la manichetta tenderebbe a passare una gran massa d'acqua, che verrà limitata dal nostro generatore-rubinetto. Alzando però la manichetta, diminuendo il dislivello tra questa e il serbatoio, la corrente "naturale" (quella che si avrebbe senza il nostro generatore-rubinetto) tenderebbe a scendere..e il nostro generatore di corrente (che funziona un po come limitatore...) "faticherà" di meno per controllarla. Spostando però ulteriormente verso l'alto (il soffitto) la manichetta, si arriva ad un punto in cui la differenza tra il livello del serbatoio e l'altezza di uscita della manichetta non sarà più sufficiente a garantire quella corrente. Allora il nostro "generatore di corrente", invece di contrastare la corrente, dovrà "spalleggiarla"...ovvero incrementarla per permetterà di ottenere il valore di targa: da rubintto/limitatore si trasforma in pompa/arrichitore. Se ora la manichetta viene ulteriormente alzata, la pompa "pomperà" acqua sempre più..farà vedere come se il serbatorio avesse sempre un livello (tensione) più alto ...e questo anche se la manichetta sorpassa in altezza il livello del serbatoio stesso. Quindi il livello "virtuale" (tensione) sale per permettere il passaggio della stessa corrente.

Cosa succede se si inserisce un carico infinito, cioè un "aperto"?
In teoria la tensione dovrebbe salire all'infinito: il generatore di corrente tenterà sempre di "presentare" la corrente di targa ai suoi terminali, e per farlo pomperà sempre più tensione.
In pratica (viviamo nella realtà e non nella pura teoria..) questo non accade.

È chiaro che ci sono dei limiti pratici alla quantità d'acqua pompabile. Nel caso elettrico un aperto ideale in realtà non esiste, o meglio potrebbe esistere forse nel vuoto assoluto. L'aria invece ha una sua "rigidità"...e superato un certo valore di tensione (dipendente dalla distanza dei terminali, dall'umidità, dalla temperatura, ecc. ) avverrà una scarica elettrica..e quindi si avrà un passaggio di corrente...e visto che lo "scopo" del generatore è avvenuto...la tensione non salirà più oltre. In realtà anche nel vuoto si avrà sempre una scarica: Il generatore è fisicamente esistente...quindi avrà una scatola o comunque un sistema meccanico di fissaggio dei due terminali. Sarà di plastica, sarà di vetro, sarà liscio oppure "anellato" come gli isolatori elettrici sui tralicci...comunque sia ad un certo punto cederà e si avrà una scarica attraverso l'isolatore ..o sulla sua superficie..
Quindi in pratica tra i due terminale c'è pur sempre una resistenza, altissima ma non infinita, così la
tensione non potrà arrivare all'infinito.

Inoltre di solito i generatori di corrente (es alimentatore da banco) hanno delle protezioni, ovvero dei limiti.Così ad esempio superando una certa tensione, la caratteristica di regolazione costante di corrente del generatore viene meno (temporaneamente o definitivamente..dipende dal limite/protezione).

Comunque deve essere chiaro questo concetto:
A) In un generatore di corrente, la corrente in uscita dipende ESCLUSIVAMENTE dal generatore, e non dal carico.
B) In un generatore di corrente, la tensione in uscita dipende ESCLUSIVAMENTE dal carico, e non dal generatore.
(da finire...continua)

Edited by gattmes - 7/4/2008, 17:09

[gattmes]

Facciamo ora 2 considerazioni:

Possiamo notare delle ..."opposizioni".....delle ..."reciprocità"...tra i due tipi di generatore (tensione & corrente).
Prestare molta attenzione alla cosa....accade infatti molto frequentemente (esempio tra condensatori e induttori...)....e può tornare molto utile.

Infatti a volte è più facile capire un concetto, ma non un altro.
Per esempio è più facile capire ...un generatore di tensione,...facendo il paragone del serbatoio come sopra esposto. Ma può risultare meno evidente il paragone del generatore di corrente. Lo stesso può succedere per i condensatori (assomigliano molto a dei "serbatoi" d'acqua), molto più "comprensibili" delle induttanze...

Così ogni volta che "vediamo" un condensatore o un generatore di tensione, possiamo rifarci al modello molto intuitivo dei serbatoi ....ed è tutto molto chiaro!
Invece per gli altri "oggetti" possiamo ricondurci al ..."reciproco"....comprendere bene il modello intuitivo...quindi applicare la "reciprocità" se così vogliamo definirla....

Mi spiego meglio:
Dai punti 1) si evince già una cosa:
Ciò che per uno è "bianco", per l'altro è "nero"...e viceversa. Non mi riferisco solo al fatto che per uno è tensione ciò che per l'altro è corrente (e viceversa...)
Avrete certamente notato che ho cercato di scrivere "le cose" nel modo più speculare possibile (in pratica quasi un "taglia & incolla"..) e questo volutamente per accentuare la cosa.
Oltre ciò si nota comunque un'altra cosa: Ciò che per un generatore è "cortocircuito"...per l'altro è "aperto"...ciò che per uno è "resistenza bassissima"..per l'altro è "resistenza altissima"...ciò che per uno è zero, per l'altro è infinito.

Così...volendo "trasmutare" l'idea di un generatore di tensione in quella di un generatore di corrente, basta invertire tutto. Quindi oltre che a corrente ciò che prima era tensione, anche ad aperto ciò che era chiuso, ecc.
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Caso pratico:
Se in un circuito voglio escludere l'effetto di un generatore di tensione basterà, tramite un interruttore, "aprire" una delle connessioni ai suoi terminali. Se a questo generatore era collegata ad esempio una lampadina, questa si spegnerà. Contemporaneamente il generatore si troverà i terminali "aperti", presenterà su questi la sua tensione di targa e se ne starà "tranquillo" non fornendo alcuna corrente (potenza) in uscita. Viceversa se avessimo posto l'interrutore tra i terminali, avremmo dovuto chiuderlo per far spegnera la lampadina (creando un corto). Questo è vero che provoca lo stesso effetto sulla lampadina...tuttavia fa "del male" al generatore...infatti lo obbliga a fornire una corrente elevatissima e farà intervenire qualche sua protezione..Voglio dire: nessuno in casa si sogna di spegnere la luce facendo un corto sulla presa!

Vediamo ora un generatore di corrente a cui è collegata una ipotetica lampadina. Se vogliamo spegnerla...applicando la regola "enunciata", cosa dovremo fare?...Semplice:
a) ciò che prima era da "aprire", ora è da chiudere...quindi l'interruttore sarà chiuso per spegnere la lampadina
b) cioò che prima era in serie ora va in parallelo.

Quindi l'interrutore invece di interrompere un collegamento (in serie), dovrà cortocircuitare i terminali del generatore. Questo se ne starà tranquillo: fornirà sempre la sua bella corrente di targa ai terminali, che fluirà attraverso il corto invece che nella lampadina.... che rimarrà quindi spenta. La tensione ai capi del generatore è ovviamente nulla (come prima lo era la corrente per il caso con il generatore di tensione...)

Viceversa se avessimo proceduto come per il generatore di tensione, cioè "aprendo" (in serie) un terminale, avremmo costretto il generatore di corrente a generare un'altissima tensione (nel tentativo di mantenere inalterata la corrente) provocando l'intervento di qualche protezione...o qualche scarica!

Chiaro?

Edited by gattmes - 7/4/2008, 17:13