Elettrotecnica
branca della tecnica Da Wikipedia, l'enciclopedia libera
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L'elettrotecnica è una disciplina tecnica applicata all'utilizzo dell'elettricità. Più specificamente l'elettrotecnica concerne la produzione, la trasmissione e distribuzione di energia elettrica, "le correnti forti e di bassa frequenza"[1] distinguendosi dall'elettronica che è invece "la tecnica delle correnti deboli e di alta frequenza" spesso legate al trasporto di informazioni tramite segnali elettrici piuttosto che alla trasmissione di energia. In quanto oggetto di insegnamento e studio, rientra tra le discipline tecnico-ingegneristiche.
Nata alla fine del XVIII secolo con la teoria dei circuiti, spesso convenzionalmente viene considerato come anno di nascita dell'elettrotecnica il 1800, anno in cui Alessandro Volta comunica al presidente della Royal Society Joseph Banks la realizzazione della prima pila elettrica: la pila di Volta. Essa rappresenta infatti la prima sorgente di energia elettrica della storia in grado di fornire quantità apprezzabili di energia elettrica per applicazioni utili. Per la prima applicazione utile della pila elettrica bisogna però attendere il 1837, anno in cui Charles Wheatstone realizza il primo telegrafo elettrico.
Fino al XIX secolo si pensava che l'elettricità fosse un fluido che poteva essere positivo o negativo: in seguito, grazie alle fondamentali scoperte di Hertz, Helmholtz, Maxwell, Heaviside, Alessandro Volta e molti altri, si giunse a una comprensione più completa del fenomeno, riassunta nelle equazioni di Maxwell che prevedono in modo completo e accurato il comportamento delle cariche elettriche (elettroni e protoni che differiscono per il segno della loro carica elettrica) e del campo elettromagnetico che esse generano.
In breve iniziarono a comparire una serie di applicazioni commerciali dell'elettricità: i motori elettrici, il telegrafo, il telefono, la radio, la lampadina elettrica, eccetera. Si creò così all'inizio del XX secolo una nuova scienza applicata che si occupava di progettare questo tipo di apparati, appunto l'elettrotecnica.
Tra i molti scienziati, ingegneri e inventori che hanno contribuito all'evoluzione dell'elettrotecnica, possiamo ricordare: Galileo Ferraris, Antonio Pacinotti, Werner von Siemens, Nikola Tesla, Thomas Alva Edison, George Westinghouse.
Attualmente l'elettrotecnica si occupa soprattutto della produzione, della trasmissione e dell'utilizzo dell'energia elettrica, cioè di progettare macchine elettriche (motori, generatori, trasformatori), linee di trasmissione e distribuzione, apparecchi utilizzatori dell'energia elettrica.
La teoria dei circuiti si occupa dei problemi classici dell'elettrotecnica da un punto di vista strettamente assiomatico; l'elettronica (che tradizionalmente si occupa di segnali a bassa potenza) si sta sovrapponendo ad alcuni ambiti che prima erano esclusivi dell'elettrotecnica, per esempio il controllo dei motori elettrici con dispositivi a semiconduttore.
I principi e leggi alla base dell'elettrotecnica sono:
Le principali grandezze fisiche utilizzate in elettrotecnica sono:
Un settore importante dell'elettrotecnica riguarda la produzione, la trasmissione e la distribuzione dell'energia elettrica fino al luogo di utilizzo. L'energia elettrica è prodotta per mezzo di generatori nelle centrali elettriche, che solitamente e per varie ragioni si trovano distanti dai luoghi di consumo. Le linee di trasmissione sono un eterogeneo insieme di sistemi che trasferiscono l'energia dai luoghi di produzione alle stazioni di trasformazione e infine agli impianti utilizzatori. Essenzialmente si differenziano in base al livello di tensione in linee di alta, media e bassa tensione.
Le linee ad alta tensione sono quelle chiamate di trasmissione dell'energia elettrica o elettrodotti, che permettono di trasferire potenze di milioni di watt con tensioni fino a 400 kV, fra le centrali di produzione e le stazioni di trasformazione. In queste viene effettuata la trasformazione da alta a media tensione, per mezzo di macchine elettriche chiamate trasformatori, per trasferire l'energia elettrica sulla rete di distribuzione a media tensione con livelli di tensione di 10-15 kV.
La rete di distribuzione a media tensione collega le cabine di distribuzione, dove viene effettuata un'ulteriore trasformazione da media a bassa tensione per poter infine essere consegnata all'utente finale a 400 V nel sistema trifase,oppure con una sola fase da questo derivata (monofase), a 230 V.
Le linee possono essere sezionate dagli interruttori oppure dai sezionatori, per consentire interventi di manutenzione, per emergenze o per altri scopi legati al funzionamento. Per salvaguardare l'integrità degli impianti e delle macchine, la rete di distribuzione comprende a più livelli sistemi di protezione da sovracorrente (sovraccarico) e cortocircuito. Questi sistemi sono principalmente il fusibile, l'interruttore magnetotermico. Esiste poi un'altra protezione chiamata "salvavita" che ha il compito di aprire il circuito in caso di guasti verso terra, tale dispositivo si chiama interruttore differenziale.
La distribuzione finale dell'energia elettrica agli utenti nelle loro abitazioni o in edifici pubblici per alimentare i vari carichi avviene attraverso i comuni impianti elettrici opportunamente realizzati e dimensionati in funzione della caratteristiche di fornitura elettriche richieste e con le relative protezioni di sicurezza di cui sopra.
I motori sono macchine che trasformano energia elettrica in energia meccanica in genere sotto forma di rotazione di un albero.
I motori si dividono in:
I generatori sono macchine in grado di convertire energia meccanica in energia elettrica. I più importanti sono:
Il trasformatore è una macchina elettrica statica in grado di modificare i parametri di tensione e corrente di un circuito a corrente alternata. È costituita in genere da almeno due solenoidi accoppiati magneticamente.
Le macchine in grado di aumentare o ridurre la tensione usando un solo solenoide sono gli autotrasformatori.
Sono dispositivi che convertono la frequenza di due reti oltre che eventualmente anche la tensione.
Il convertitore rotante è una macchina rotativa ormai obsoleta in grado di operare trasformazioni di tensione e frequenza nonché convertire corrente continua in alternata e viceversa. È stata sostituita per quasi tutti gli scopi dagli inverter elettronici a stato solido.
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