alternatore
Macchina dinamoelettrica per la trasformazione di energia meccanica (fornita in generale da turbine idrauliche, a vapore, a gas o da motori Diesel) in energia elettrica di corrente alternata. In un a. si hanno due parti fondamentali (v. fig.): l’una fissa, a forma di tamburo cavo (statore), l’altra rotante (rotore), alloggiata entro la precedente. Tra le due parti, che sono coassiali, vi è un piccolo spazio anulare d’aria (traferro o interferro) dello spessore di qualche mm. In generale, ciascuna parte ha un proprio avvolgimento di rame, ben isolato. Uno di questi (induttore), percorso da una corrente generata a parte (corrente di eccitazione), determina campi magnetici di verso opposto tra una serie di poli diametralmente opposti; la variazione periodica di flusso, dovuta alla rotazione relativa delle due parti, produce per induzione nell’altro avvolgimento (indotto) le forze elettromotrici utili. Gli a. si distinguono in: a) a. sincroni eteropolari (cioè a poli nord e sud alterni), anisotropi se il rotore è a poli sporgenti (o salienti), isotropi se è liscio, a ferro continuo, a poli incassati; b) a. sincroni omopolari, cioè a flusso magnetico non alternato ma pulsante tra un massimo e un minimo; c) a. asincroni, a campo rotante Ferraris.
Gli a. sincroni, di cui quelli eteropolari trifase sono i più diffusi e importanti, vengono eccitati con corrente continua prodotta da una macchina (eccitatrice) a essi accoppiata; in quelli eteropolari si preferisce avvolgere l’induttore sul rotore e l’indotto sullo statore. Con la rotazione del rotore ruota il campo magnetico generato dalla corrente continua e l’avvolgimento fisso dello statore, tagliato dalle linee di forza di un campo variabile periodicamente, diventa sede della forza elettromotrice alternata indotta. La frequenza f è espressa in hertz dalla formula f − np/60, dove n è il numero di giri del rotore al minuto primo e p il numero di coppie polari dell’induttore negli a. eteropolari, dei denti del rotore negli a. omopolari. Il rotore a poli sporgenti (o salienti), caratteristico delle macchine lente, corte e di grande diametro, può essere costituito da un tamburo o, per maggiori dimensioni, da una sorta di ruota a razze, su cui sono disposti radialmente i singoli poli di ghisa, di acciaio o di lamierino. Il rotore a ferro continuo, tipico delle macchine veloci, lunghe e di piccolo diametro, si presenta come un tamburo cilindrico recante profonde scanalature secondo le generatrici per alloggiare l’avvolgimento. L’avvolgimento del rotore è fatto con bobine o con grossa piattina in un solo strato per facilità di raffreddamento e di isolamento. Lo statore ha la carcassa di ghisa o di lamiera saldata che sorregge il nucleo laminato sulla cui superficie cilindrica, che è affacciata verso il rotore, sono praticate scanalature (cave), secondo le generatrici, per alloggiare l’avvolgimento.
Gli a. asincroni sono costituiti da un avvolgimento, posto sullo statore, che agisce contemporaneamente da induttore e da indotto, e da un avvolgimento, chiuso in corto circuito, posto sul rotore, la cui velocità angolare deve essere superiore a quella di sincronismo. Questi a. non possono funzionare isolati, bensì accoppiati in parallelo ad a. sincroni, cui è affidato il controllo della frequenza e della tensione e la generazione della potenza reattiva. I turboalternatori per grandi potenze, completamente chiusi, vengono raffreddati in corrente d’idrogeno per i molti vantaggi che questo sistema consente, anche se, per il pericolo di esplosioni, il sistema deve essere molto robusto e risulta perciò costoso; un ulteriore progresso è stato compiuto con l’uso di acqua distillata che circola nei conduttori cavi. I rendimenti massimi degli a. sono assai elevati: nelle grandi macchine si può raggiungere e anche superare il 98%. La forza elettromotrice generata dall’a. viene regolata agendo sulla corrente di eccitazione, la frequenza agendo sulla macchina motrice; sotto carico la potenza reattiva varia con la corrente di eccitazione, e la potenza attiva con la coppia sull’asse.