L'elettricità è una forma di energia invisibile e inodore, fondamentale per il funzionamento di innumerevoli dispositivi e sistemi. Comprendere le basi dell'alimentazione elettrica, in particolare la differenza tra corrente continua (DC) e corrente alternata (AC), è essenziale per chiunque lavori con l'elettronica o si interessi al settore energetico.
Corrente Continua (DC) e Corrente Alternata (AC): Definizioni
Esistono due tipi principali di tensioni: Alternata AC e Continua DC. La principale variabile che può essere convertita sul campo è la tensione. La Corrente Alternata AC (tensione) è quella che si usa nelle abitazioni ed è usata per molte apparecchiature. La Corrente Continua DC è erogata da batterie, pannelli solari ecc.
La corrente, che sia continua DC o alternata AC e che scorre all’interno dei cavi elettrici in rame, può variare molto (in relazione ai carichi connessi e alla tensione utilizzata).
Corrente Continua (DC)
La corrente continua è una tensione il cui andamento risulta essere stabile nel tempo. Idealmente, la corrente continua potrebbe essere rappresentata da una linea retta. Praticamente, invece, la sua applicazione più evidente è una comune batteria, costituita appunto da due differenti cariche elettriche polarizzate, una positiva e l’altra negativa, che restano invariate nel tempo. Nella corrente continua vi è, infatti, un flusso di elettroni che si muovono sempre nello stesso verso all’interno del circuito; pertanto, la tensione sarà costante e di uguale intensità nel tempo.
La sigla per indicare la corrente continua, presente in molti apparecchi e dispositivi, viene rappresentata con le lettere CC (continuous current) o DC (direct current), mentre simbolicamente essa può essere rappresentata da una linea retta continua seguita da tre linee più corte tratteggiate.
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Proprio questa simbologia diventa necessaria per rispettare la polarità della corrente continua, come nel caso delle batterie, dotate appunto di un polo positivo e uno negativo, che dovranno essere opportunamente collegate al carico, così come qualsiasi altro circuito elettronico.
Corrente Alternata (AC)
La corrente alternata è una tensione o corrente elettrica caratterizzata da un’alternanza di pulsazioni positive e negative e da una variabile nel tempo che le consente di mantenere una frequenza costante. In un contesto domestico il valore di questo tipo di corrente oscilla, infatti, da un picco positivo di 16 ampère ad uno negativo di -16 ampère, mentre la simbologia utilizzata per rappresentarla è espressa dalla sigla AC o CA (alternating current o current alternating) e graficamente da un cerchio contenente al suo interno un’onda: (~).
Differenze tra Corrente Continua e Corrente Alternata
La principale differenza tra corrente elettrica continua e corrente elettrica alternata risiede proprio nel diverso meccanismo di funzionamento, oltre che negli ambiti di applicazione.
- Direzione del flusso: Nella corrente continua gli elettroni fluiscono e circolano in modo continuo seguendo una direzione costante, mentre nel caso della corrente alternata essi oscillano avanti e indietro secondo un andamento di tipo periodico.
- Ambiti di applicazione: La corrente continua è ampiamente utilizzata in elettronica in apparecchi alimentati con pile e batterie, cioè quelli che richiedono bassa tensione e dunque capaci di generare esclusivamente questo tipo di corrente. La corrente alternata, invece, è utilizzata qualora siano richieste alte tensioni che la corrente continua non riuscirebbe a soddisfare, per le quali si avvale dell’ausilio dei trasformatori, in grado di assicurare un trasporto di elevate potenze elettriche a tensioni elevate.
La corrente continua viene impiegata negli impianti elettrici delle automobili, dove viene generata da un alternatore e accumulata in una batteria di piombo, ciò significa che può essere prodotta non soltanto con una dinamo ma anche a partire dalla corrente alternata e subire poi in processo di raddrizzamento tramite diodi o ponti raddrizzatori.
Gli alternatori assicurano un rendimento molto più elevato, a parità di semplicità costruttiva, rispetto alle dinamo in corrente continua mentre i dispositivi detti inverter consentono di generare corrente elettrica alternata a partire da quella continua.
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Oggi la corrente continua viene utilizzata in diversi ambiti di applicazione, che vanno da elettrodotti a cavi sottomarini e pile a combustibile fino ad arrivare al settore ferroviario o ai pannelli fotovoltaici.
Un po’ di storia
Fin dal XIX secolo le prime applicazioni industriali dell’energia elettrica furono sotto forma di corrente continua che veniva accumulata in batterie, mentre l’uso della corrente alternata risale al 1888, anno in cui venne introdotta da Tesla.
Sebbene già nel 1880 Thomas Edison brevettò la distribuzione dell’energia elettrica in continua, il suo sistema, che impiegava corrente continua, risultò inefficace e poco conveniente in termini economici soprattutto per l’inefficienza delle modalità di trasporto.
La Guerra delle Correnti, così fu chiamato il periodo nel quale vi fu una vera e propria competizione tra corrente elettrica continua e corrente elettrica alternata, fu simbolicamente vinta da Tesla, che dimostrò come i vantaggi della corrente alternata fossero superiori rispetto al flusso continuo in termini di distribuzione dell’energia.
Grazie all’uso dei trasformatori, la tensione di questo tipo di corrente elettrica poteva essere facilmente elevata, garantendo, così, una netta riduzione delle perdite nel trasporto e delle spese.
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Fu così che la corrente alternata si affermò in tutto il mondo su quella continua e attualmente viene distribuita in due diverse frequenze, pari a 50 Hz nel caso di Europa, Asia e Africa e di 60 Hz in America e parte del Giappone, oltre ad essere erogata in diverse tensioni.
Tensione e Corrente: Una Distinzione Importante
Tensione e corrente sono due termini spesso scambiati per sinonimi nel linguaggio quotidiano, ma in realtà corrispondono a due concetti ben distinti.
Se volessimo trovare un’analogia utile a spiegare la differenza tra tensione e corrente potremmo scegliere il serbatoio di acqua, dove la tensione è rappresentata dalla pressione dell’acqua e la corrente dal flusso idrico.
In particolare, in presenza di due serbatoi di acqua posti a diverse altezze e collegati da un tubo osserveremo che il flusso si dirigerà da quello superiore a quello inferiore, mentre se i due serbatoi si trovassero alla stessa altezza non potremmo notare alcun flusso di corrente.
Riconducendo l’esempio ad un circuito elettrico, al posto delle differenti altezze troveremo una differenza di potenziale elettrico, cioè la presenza di un numero elevato di elettroni in un solo contenitore, mentre al posto dell’acqua le cariche elettriche e un filo di rame invece del tubo.
In questo caso, la differenza tra le cariche elettriche aumenterà parallelamente al potenziale in grado di farle muovere ossia gli elettroni tenderanno a spostarsi dalla parte con maggiore carica alle zone con carica inferiore fino ad avere la stessa densità.
Applicazioni Pratiche: Dove si Usano DC e AC?
Vediamo brevemente alcuni esempi di utilizzo di corrente alternata e corrente:
- La corrente continua (DC) viene utilizzata in alcuni elettrodotti, così come nei cavi sottomarini e nell'alimentazione ferroviaria. In generale, si usa per tutti gli apparecchi alimentati da batterie e pile.
- La corrente alternata (AC) viene impiegata negli impianti che alimentano i comuni elettrodomestici che troviamo nelle abitazioni. Le lampadine di casa, nella quasi totalità dei casi, utilizzano questo sistema (le lampadine a corrente continua hanno bisogno di un alimentatore).
Corrente Continua nelle Auto
La corrente continua (DC) è il tipo di corrente che scorre in una sola direzione, il che la rende ideale per alimentare dispositivi e componenti elettronici in un veicolo. In un'auto, la batteria è responsabile della fornitura di energia ai sistemi elettrici, come il sistema di accensione, le luci, la radio e altri accessori.
Il motivo principale per cui le batterie delle auto usano la corrente continua è che è più efficiente per i tipi di componenti e sistemi elettronici presenti nei veicoli. D'altro canto, la corrente alternata (AC) cambia direzione periodicamente.
Le batterie per auto, solitamente al piombo o agli ioni di litio, generano corrente continua tramite una reazione chimica all'interno delle celle della batteria. Sebbene una batteria per auto fornisca corrente continua, un alternatore svolge un ruolo fondamentale nella conversione della corrente alternata in corrente continua. Quando la tua auto è in funzione, l'alternatore produce corrente alternata, ma viene immediatamente convertita in corrente continua prima di essere immagazzinata nella batteria.
Un'auto in genere non può usare direttamente la corrente alternata, poiché il suo sistema elettrico è progettato per funzionare con corrente continua (DC).
Ricarica dei Veicoli Elettrici: AC vs DC
L’utilizzo di stazioni in corrente continua oppure in corrente alternata comportano importanti differenze quando si effettua una ricarica, soprattutto in termini di rapidità. Quando si parla di “ricarica lenta” si fa riferimento alla ricarica domestica tramite wallbox o a quella pubblica in AC.
In questi casi il connettore standard richiesto è il Type2, che in monofase può arrivare a 32A e 230V mentre in trifase riesce a raggiungere i 32A e 400V. Tramite la wall box, l’auto connessa riceve dunque in mono o trifase la potenza disponibile in corrente alternata e la trasforma in corrente continua utile ad alimentare la batteria grazie al caricatore di bordo.
Per le colonnine a terra, tra cui le pubbliche in AC che spesso troviamo nei parcheggi e presso i supermercati, si va da invece da una potenza di 7,4 kW, a 11 e fino 22 kW. Ad influire sulla ricarica dell’auto non sarà però solo la potenza di rete disponibilie al netto dell’impiego “altro” da parte di dispositivi terzi, ma anche la potenza del caricatore di bordo - che può andare da 3,7 a 22 kW - e la capacità della batteria.
Quando si parla di ricarica “ad alta potenza” si fa invece riferimento alla ricarica in corrente continua per cui il raddrizzatore da AC a DC sarà posto a monte sulla stazione, evitando dunque il coinvolgimento del caricatore di bordo. La corrente continua erogata direttamente dalla stazione ad alta potenza - dunque a partire dai 50 kW per arrivare ai 350 kW di picco raggiunti oggi dalle stazioni di ricarica HPC di Ionity o Enel X - non passa perciò dal caricatore di bordo, ma arriva direttamente alla batteria.
Facciamo adesso qualche esempio concreto “a bordo” del veicolo per capire meglio quali siano le differenze all’atto pratico della ricarica. La Fiat 500e può ricaricare sia in AC che in DC, con una potenza di assorbimento rispettivamente fino a 22 kW in AC e 85 kW in DC con una batteria da 37,3 kWh. Ciò significa che, connessa alla wallbox di casa con una potenza disponibile di 2,3 kW - come avviene nella maggior parte delle abitazioni italiane con contatore domestico da 3 kW - e considerando che l’autonomia del veicolo si attesta sui 240 km reali, la 500e sarà in grado di caricare in media circa 11 km ogni ora, mentre in ricarica presso una colonnina AC da 22 kW l’auto potrà guadagnare circa 55 km ogni ora. La Smart EQ Fortwo 2020 può ricaricare esclusivamente in AC e dispone di un OBS da 22 kW (opzionale, dì serie 4,6 kW).
Alimentatori DC: Tipi e Caratteristiche
Quando si sceglie un alimentatore in corrente continua (DC), una delle prime domande a cui rispondere è quale tipo di alimentatore si adatta meglio alla propria applicazione. Esistono tre principali tipi di alimentatori DC.
- Gli alimentatori a regolazione lineare forniscono una tensione di uscita estremamente stabile, bassa ondulazione residua e basso rumore con una capacità di regolazione rapida, anche con transitori di linea e di carico elevati.
- Gli alimentatori a commutazione (SMPS) hanno un'efficienza molto più elevata rispetto agli alimentatori a regolazione lineare.
- Esistono diverse combinazioni dei tipologie di base di cui sopra. Ad esempio, gli alimentatori R&S®NGE100B utilizzano un trasformatore di rete all'ingresso, seguito da un raddrizzatore e da circuiti a commutazione per regolare la tensione di uscita, assicurando un'elevata efficienza. Uno stadio lineare riduce i componenti del segnale interferente in uscita.
Componenti e Misure Elettriche
Ecco alcuni termini e unità di misura importanti nel contesto dell'elettricità:
- Ampere (A): è l’unità di misura di base dell’intensità della corrente elettrica.
- Watt (W): è l'unità di misura della potenza del Sistema Internazionale (SI). Il kW equivale a 1.000 watt.
- Volt (V): è l'unità di misura del potenziale elettrico e della differenza di potenziale elettrico nel Sistema Internazionale (SI). Esprime la tensione di corrente.
- Hertz (Hz): è l'unità di misura del Sistema Internazionale della frequenza. Il sistema elettrico moderno, dalla produzione fino alla trasmissione e alla distribuzione dell’energia, funziona con la corrente alternata trifase, con una frequenza di 50 Hz in Europa.
Sicurezza e Normative
L’impianto elettrico è una componente tecnica importante negli ambienti domestici e ne determina anche la sicurezza. Per questo motivo è un sistema complesso, composto da una serie di elementi dove installazione e manutenzione sono cruciali per il buon funzionamento. Esistono delle precise norme che disciplinano la sua costruzione e installazione, regole rigide volte alla sicurezza.
Tra le normative vigenti in materia, c’è la legge Cei 64-8 (Comitato Elettrotecnico Italiano) - entrata in vigore il 1° marzo 1993 - e la variante V3 alla norma stessa, entrata in vigore nel 2011.
| Sistema | Vantaggi | Svantaggi |
|---|---|---|
| Corrente alternata | Generatore più efficiente e affidabile (alternatore); Possibilità utilizzo dei trasformatori; Maggiore convenienza economica nel trasporto a grande distanza. | Impossibilità di accumulazione. |
| Corrente continua | Utilizzo nella trazione elettrica; Impiego degli accumulatori (batterie); Trasmissione per grandissime distanze (superiori ai 1000 km) e per cavi sottomarini; Uso nell'alimentazione di grossi apparecchi per le telecomunicazioni. | Difficoltà di interruzione delle correnti. |
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