Un modo semplice per visualizzare la differenza tra le correnti CA e CC è tracciare la loro direzione rispetto al tempo. Il primo sembrerà una linea retta e il secondo sembrerà una linea ondulata. Un ciclo di questa curva è la base grafica di come la corrente alternata è indicata sui circuiti e pittogrammi (~), e l'acronimo AC (Alternating Current) è diventato un termine ben testi.
Contenuto
- Denominazioni CC e CA
- Le idee di Edison
- La vittoria di Tesla
- Guerra elettrica rinascimentale
Denominazioni CC e CA
Tutti i conduttori hanno elettroni liberi che possono muoversi in presenza di una differenza di potenziale. Questo flusso di particelle cariche in un circuito chiuso è chiamato corrente elettrica. Se una carica elettrica si muove in una sola direzione, questo fenomeno è chiamato corrente elettrica costante, la sua designazione "-» o CC (corrente continua).
La definizione di corrente alternata può essere derivata dall'opposto: sarà il movimento delle cariche che cambiano la loro direzione su base periodica.
Le vibrazioni degli altoparlanti possono assumere un'ampia varietà di forme, ad esempio:- dente di sega;
- quadrato;
- triangolare;
- sinusoidale.
La corrente alternata sinusoidale è quel tipo di energia, che viene trasportato attraverso moderne reti elettriche. Il suo enorme vantaggio per i sistemi di alimentazione è che semplifica la modifica della tensione trasmessa utilizzando i trasformatori e questa forma d'onda è facile da generare. Queste qualità consentono di risparmiare un'enorme quantità di denaro e risorse materiali nella produzione e trasmissione di energia elettrica su lunghe distanze.
L'esempio seguente può illustrare i vantaggi dell'utilizzo della corrente alternata da parte delle società elettriche. Supponiamo che ci sia una centrale elettrica come capacità di generazione, in grado di produrre 1 milione di watt di energia.
Per chiarezza, sarà conveniente considerare 2 modi per trasportarlo:
- Trasferisci 1 milione di ampere con una tensione di 1 volt sulle reti.
- Trasporto di corrente con una forza di 1 ampere e una tensione di 1 milione di volt.
La differenza principale è la seguente: nel secondo caso è necessario un conduttore di piccolo spessore per trasferire energia, mentre nel primo caso non si può fare a meno di un cavo con una sezione enorme. Pertanto, le aziende energetiche convertono l'energia generata in corrente alternata ad altissima tensione per il trasporto e poi si dimettono nelle immediate vicinanze dei consumatori.
Un altro vantaggio dell'AC per le utility è l'affidabilità e la semplicità superiori degli alternatori rispetto alle dinamo. Inoltre, AC ha i seguenti vantaggi:
- consente il funzionamento di macchine elettriche relativamente più efficienti, semplici e affidabili;
- non distrugge i dispositivi di commutazione.
Tutta l'elettronica e la tecnologia digitale consumano corrente continua. Di norma, la corrente continua viene generata utilizzando celle elettrochimiche e galvaniche. Questi sono modi relativamente costosi per generare elettricità, quindi, ci sono molti design di dispositivi, convertendo la corrente alternata in corrente continua, basata sull'impedimento del flusso di corrente nella direzione opposta e sulla rettifica della sinusoide mediante filtri.
In combinazione con i trasformatori, i raddrizzatori consentono di ottenere i parametri richiesti e l'alta qualità dalla rete DC.
Le idee di Edison
La vita moderna non può essere immaginata senza elettricità. Affinché possa servire a scopi civili e industriali, non deve solo essere prodotto, ma anche consegnato al consumatore. I primi che decisero di produrre elettricità in grandi quantità e trasportarla in fabbriche, uffici e famiglie, era l'imprenditore americano Thomas Edison - uno degli inventori più influenti il mondo.
Per realizzare la sua idea, ha progettato e testato generatori di vapore DC, contatori elettrici ed elementi di reti di distribuzione. La prima elettrificazione dell'illuminazione non fu facile all'epoca. I proprietari di società del gas vedevano Edison come un pericoloso concorrente che poteva mettere a rischio le loro attività. Ma niente poteva fermare l'inventore. Né il costo colossale della posa dei cavi nei marciapiedi, né gli incidenti durante i test glielo impedirono nel settembre 1882. lanciare la prima rete di illuminazione di cinquemila lampade.
In 5 anni sono state in funzione più di 50 centrali Edison. Nonostante il grande successo, l'inventore non è stato in grado di espandere la geografia delle sue reti elettriche a tutto il mondo. I residenti delle aree in cui si trovavano le centrali hanno lamentato fumo e fuliggine e hanno costretto alla chiusura degli impianti di Edison. Così, la prima generazione di centrali elettriche a carbone alla fine cessò le operazioni, lasciando il posto a migliaia di nuove, generando AC.
La vittoria di Tesla
La maggior parte della prima elettricità distribuita era in corrente continua e non esistevano standard per i consumatori. Ad esempio, le lampade ad arco richiedevano diverse migliaia di volt, mentre le lampade a incandescenza Edison richiedevano 110 volt. I tram Siemens funzionavano da 500 V e i motori industriali nelle fabbriche potevano differire molte volte in fatica.
Le aziende elettriche sono state costrette a creare e mantenere più linee di generazione contemporaneamente per diverse classi di carichi. Possiamo dire che c'erano due grandi ostacoli all'uso diffuso delle reti DC:
- vicinanza dei generatori ai carichi;
- difficoltà nel fornire una varietà di tensioni.
Lo scienziato croato Tesla, che ha lavorato con Edison, credeva che l'uso della corrente alternata nelle reti elettriche potesse risolvere questi problemi. Il loro disaccordo sulle prospettive della tensione alternata si è concluso con il ricercatore AS che ha continuato il suo lavoro con il concorrente di Edison, George Westinghouse. Tesla non scoprì la corrente alternata, ma fu l'inventore del generatore sincrono e del motore asincrono, nonché autore di brevetti riguardanti il funzionamento dei dispositivi polifase.
I vantaggi dell'AC per la generazione e il trasporto erano evidenti, ma Edison, invece di ammetterlo, è rimasto fermo nel promuovere DC e ha cercato di screditare i suoi concorrenti. Ha iniziato a diffondere l'idea che l'AC sia mortale per gli animali e gli umani. Ad esempio, Edison divenne persino l'inventore della sedia elettrica a corrente alternata per gettare le basi per una campagna di propaganda sui pericoli dell'AC.
Sebbene la campagna anti-pubblicità abbia avuto successo e abbia prodotto risultati tangibili, la gioia della vittoria di Edison è stata di breve durata. Nel 1892 il fisico tedesco Pollack inventò un raddrizzatore meccanico con il quale divenne possibile caricare batterie elettriche, e l'esistenza del trasporto in corrente continua perse la sua ultima giustificazione. Già nel 1893, l'Esposizione Universale di Chicago fu illuminata dalla rete AC, che segnò l'inizio del trionfo della corrente alternata nel XX secolo, e le vicende competitive tra inventori passarono alla storia come la "guerra delle correnti".
Guerra elettrica rinascimentale
La crescita dell'uso di fonti energetiche rinnovabili nel 21° secolo ha portato alla nascita di reti elettriche decentralizzate su piccola scala con consumo di elettricità quasi nel sito di produzione. Per tali sistemi di alimentazione, i vantaggi dell'AC non contano, quindi l'uso della corrente continua in essi è giustificato.
La moderna elettronica ad alte prestazioni ha compiuto progressi nella conversione dell'energia e può trasformare la corrente continua in intervalli di tensione fino a 800 kV. volt con maggiore efficienza rispetto alle auto elettriche a corrente alternata. Queste innovazioni sono diventate la base per la costruzione di linee in corrente continua ad alta tensione (HVDC) per trasferire l'energia solare o eolica in eccesso da una regione all'altra. La costruzione HVDC costa circa il doppio di quella tradizionale, ma a causa delle basse perdite e della compatibilità ambientale dell'intero sistema, un tale investimento è giustificato.
Un numero crescente di apparecchi elettrici richiede corrente continua. Computer, illuminazione a LED e altri dispositivi elettronici devono convertire e rettificare l'elettricità di rete. Il numero di veicoli elettrici dovrebbe aumentare nei prossimi anni. I moderni sistemi di distribuzione CC sono in grado di eliminare nel tempo i convertitori in casa tensione ed è facile integrare celle fotovoltaiche in reti domestiche e industriali e accumulatori.
La trasmissione in corrente continua ad alta tensione è ora una tecnologia collaudata e comprovata in paesi come la Germania e la Cina. Ma per un'implementazione pratica diffusa, ci sono ancora molti problemi irrisolti. Come coesisteranno entrambe le tecnologie? Quali saranno le misure di sicurezza efficaci? Quali passaggi tecnici e legali saranno necessari per passare a DC? I benefici e la portata di tali cambiamenti sono così significativi che, a quanto pare, stiamo parlando di un cambio di paradigma.
