A2C - Salerno

Chi ha avuto a che fare con la manutenzione delle auto sicuramente prima o poi ha sentito citare l'alternatore. In realtà quello delle auto è la più modesta applicazione di questo eccezionale apparecchio elettrico a cui dobbiamo molto. Ma cos'è un alternatore e come funziona? Gli alternatori sono macchine in grado di convertire l'energia meccanica in energia elettrica sotto forma di corrente elettrica alternata (AC).

Questo tipo di trasformazione è resa possibile grazie al fenomeno dell'induzione elettromagnetica. Come vedremo, gli alternatori sono macchine rivoluzionarie, relativamente semplici e molto efficienti, caratteristiche che gli permisero di imporsi con forza verso fine '800 nella produzione di energia elettrica su scala industriale. Esistono vari tipi di alternatore, ma nel caso più semplice e diffuso essi sono composti da due elementi detti "statore" e "rotore". 

Lo statore, come suggerisce il nome, rappresenta la parte fissa dell'alternatore. Solitamente ha la forma di un cilindro cavo al suo interno.
All'interno di questa cavità vi è il rotore, che solitamente si presenta come un albero rotante calettato che ruota intorno al proprio asse. Sul rotore, solitamente, sono montati degli elettromagneti o dei magneti permanenti: i primi vanno alimentati con corrente elettrica, mentre i secondi no. In entrambi i casi, la rotazione del rotore genera un campo magnetico rotante all'interno dell'alternatore. Il campo magnetico rotante interagisce con circuiti detti "avvolgimenti" presenti sullo statore, inducendo una corrente elettrica alternata in essi. È il fenomeno dell'induzione magnetica: la variazione nel tempo del flusso magnetico attraverso gli avvolgimenti induce in questi ultimi dei campi elettrici variabili nel tempo. I campi elettrici a loro volta applicheranno una fem ai capi degli avvolgimenti, permettendo il passaggio di correnti elettriche alternate. Per far ruotare il rotore si possono utilizzare molte sorgenti di energia: vento, moto dell'acqua, un motore a combustione interna, vapore ecc. Tale versatilità ne ha favorito la diffusione: dalle turbine delle pale eoliche a quelle delle centrali idroelettriche, nucleari, termoelettriche, geotermoelettriche e persino nelle nostre automobili, dove ha soppiantato le dinamo. 

Senza contare che un alternatore, a differenza delle dinamo, non necessita di spazzole striscianti e questo li rende molto più semplici e durevoli.
La frequenza della corrente alternata prodotta da un alternatore è strettamente legata al numero di giri di un alternatore, mediante la seguente relazione:

Giri rotore (giri/s) = Frequenza corrente (Hz)/ Numero poli dello statore

Ad ogni modo la struttura di un alternatore varia a seconda del tipo di macchine ai quali sono accoppiati e per lo scopo finale. La turbina di una centrale idroelettrica sarà strutturalmente diversa dall'alternatore di un'automobile, benché il principio di funzionamento resti lo stesso. In tutti i casi, comunque, il rendimento di un alternatore è molto elevato: si va da un minimo del 60% per alcune tipologie fino avalori che sfiorano il 100% in altre. L'elevato rendimento è un altro dei punti forti degli alternatori, che ne hanno decretato la larga diffusione d'impiego.

Oggi, la quasi totalità dell'energia elettrica prodotta nelle centrali di tutto il mondo viene generata per mezzo di alternatori che erogano corrente alternata trifase, alla frequenza di rete di 50 o 60 Hz, a seconda del paese. Solitamente, la corrente in uscita da questi alternatori ha una una tensione compresa fra alcune migliaia e poche decine di migliaia di volt. 
Nei pressi delle centrali, opportune sottostazioni elettriche munite di trasformatori elevano la tensione della corrente ad alta o altissima tensione, per poi immettere la corrente nella rete di trasmissione. La possibilità di produrre elettricità in corrente alternata, ed il fatto che quest'ultima possa essere facilmente trasformata da un livello di tensione all'altro, fecero sì che verso la fine dell'800 e i primi del '900 la produizione ed il trasporto di corrente elettrica passassero dai sistemi in continuo a quelli in corrente alternata.

Chiudo con una frase di Michael Faraday:"Risolvere i problemi dell'umanità attraverso l'elettricità richiede coraggio, ingegno e perseveranza".

Si ringrazia il Dott. Luigi Rescigno per il supporto scientifico.