Generatore elettrico, chiamato anche dinamo, qualsiasi macchina che converte l'energia meccanica in elettricità per la trasmissione e la distribuzione su linee elettriche a clienti domestici, commerciali e industriali. I generatori producono anche l'energia elettrica necessaria per automobili, aerei, navi e treni.
La potenza meccanica di un generatore elettrico è generalmente ottenuta da un albero rotante ed è uguale alla coppia dell'albero moltiplicata per la velocità di rotazione o angolare. La potenza meccanica può provenire da diverse fonti: turbine idrauliche a dighe o cascate; turbine eoliche; turbine a vapore che utilizzano vapore prodotto con calore dalla combustione di combustibili fossili o dalla fissione nucleare; turbine a gas che bruciano gas direttamente nella turbina; o motori a benzina e diesel. La costruzione e la velocità del generatore possono variare considerevolmente a seconda delle caratteristiche del motore principale meccanico.
Quasi tutti i generatori utilizzati per alimentare le reti di energia elettrica generano corrente alternata, che inverte la polarità a una frequenza fissa (di solito 50 o 60 cicli, o doppie inversioni, al secondo). Poiché numerosi generatori sono collegati a una rete elettrica, devono funzionare alla stessa frequenza per la generazione simultanea. Sono quindi noti come generatori sincroni o, in alcuni contesti, alternatori.
Generatori sincroni
Un motivo importante per la scelta della corrente alternata per le reti elettriche è che la sua continua variazione nel tempo consente l'uso di trasformatori. Questi dispositivi convertono l'energia elettrica a qualunque tensione e corrente sia generata in alta tensione e corrente bassa per la trasmissione a lunga distanza e quindi la trasformano in bassa tensione adatta a ogni singolo consumatore (in genere 120 o 240 volt per il servizio domestico). La particolare forma di corrente alternata utilizzata è un'onda sinusoidale, che ha la forma mostrata nella Figura 1. Questa è stata scelta perché è l'unica forma ripetitiva per la quale due onde spostate l'una dall'altra nel tempo possono essere aggiunte o sottratte e avere il stessa forma si presenta come il risultato. L'ideale è quindi avere tutte le tensioni e le correnti di forma sinusoidale. Il generatore sincrono è progettato per produrre questa forma in modo accurato e pratico. Ciò risulterà evidente poiché i principali componenti e caratteristiche di tale generatore sono descritti di seguito.
Rotore
Un generatore sincrono elementare è mostrato nella sezione trasversale nella Figura 2. L'albero centrale del rotore è accoppiato al motore principale meccanico. Il campo magnetico è prodotto da conduttori o bobine, avvolti in fessure tagliate sulla superficie del rotore di ferro cilindrico. Questo set di bobine, collegato in serie, è quindi noto come avvolgimento di campo. La posizione delle bobine di campo è tale che il componente radiale o diretto verso l'esterno del campo magnetico prodotto nello spazio d'aria allo statore è distribuito approssimativamente sinusoidalmente attorno alla periferia del rotore. Nella Figura 2, la densità di campo nello spazio d'aria è massima verso l'esterno nella parte superiore, massima verso l'interno nella parte inferiore e zero sui due lati, approssimando una distribuzione sinusoidale.
statore
Lo statore del generatore elementare in Figura 2 è costituito da un anello cilindrico in ferro per fornire un percorso facile per il flusso magnetico. In questo caso, lo statore contiene solo una bobina, i due lati sono alloggiati in fessure nel ferro e le estremità sono collegate tra loro da conduttori curvi attorno alla periferia dello statore. La bobina normalmente consiste in un numero di giri.
Quando il rotore viene ruotato, viene indotta una tensione nella bobina dello statore. In qualsiasi istante, l'entità della tensione è proporzionale alla velocità con cui il campo magnetico circondato dalla bobina cambia con il tempo, ovvero la velocità con cui il campo magnetico passa attraverso i due lati della bobina. La tensione sarà quindi massima in una direzione quando il rotore ha ruotato di 90 ° dalla posizione mostrata in Figura 2 e sarà massima nella direzione opposta di 180 ° in seguito. La forma d'onda della tensione sarà approssimativamente della forma sinusoidale mostrata nella Figura 1.
