Campo magnetico rotante

Prima di procedere nello studio del campo magnetico rotante vero e proprio, si prova a darne una interpretazione qualitativa. In particolare, si vuole illustrare come sia possibile scambiare una coppia tra due strutture coassiali. Questo aspetto è la base della conversione elettromeccanica dell’energia che si attua nelle macchine rotanti in alternata. A tal scopo si consideri la struttura rappresentata in figura, costituita da due parti pseudo cilindriche in materiale ferromagnetico con permeabilità infinita, coassiali ed entrambe libere di muoversi attorno al loro asse (indicato in figura dalla crocetta). Sia la struttura esterna che quella interna portano dei magneti permanenti magnetizzati come indicato. Le parti ferrose hanno il compito di convogliare il flusso prodotto dai magneti nella zona d’aria che separa le due parti rotanti. Tale zona d’aria viene indicata con il termine di traferro. In assenza di attriti e di coppie frenanti esterne applicate alle due strutture, se si porta in rotazione alla velocità ω una parte del dispositivo (agendo dall’esterno), l’altra parte rimarrà rigidamente agganciata a questa nella posizione illustrata. Pertanto la parte non azionata dall’esterno ruoterà anch’essa alla velocità ω. Per le ipotesi fatte, l’operatore esterno non deve fornire coppia, così come nessuna coppia è scambiata tra le due parti. Ovviamente i campi magnetici generati dai magneti ruotano, rispetto ad un riferimento fisso sempre alla velocità ω. Si supponga, per semplicità, che la parte azionata dall’esterno sia quella esterna. Se si applica una coppia frenante alla parte interna, questa, dopo un transitorio legato ai momenti di inerzia in gioco, ritarderà di angolo γ costante nel tempo, ovvero entrambe le strutture continueranno a girare alla velocità imposta. Ovviamente in questo caso l’operatore dovrà fornire una coppia motrice alla parte esterna pari alla coppia frenante applicata alla struttura interna. Struttura dimostrativa per l’analisi del campo rotante ω Il dispositivo si comporta quindi come un giunto elastico con una torsione tra l’albero di ingresso e quello di uscita che dipende dalla coppia trasmessa. La massima coppia trasmettibile dal dispositivo si ha per una angolo γ = 90°. Se l’angolo di ritardo diventa maggiore di 90°, la coppia diminuisce, ma rimane positiva. Se si oltrepassano i 180° la coppia si inverte di segno opponendosi al moto imposto. Qualora si applicasse una coppia frenante maggiore della coppia massima ottenibile per interazione tra i due campi magnetici (creati dai magneti sulla parte esterna ed interna), la parte interna ruoterebbe ad una velocità diversa da quella imposta per la parte esterna. Il modo relativo tra le due parti farà sì che l’angolo γ vari nel tempo. Ne consegue che la coppia scambiata tra le due strutture sarebbe di natura alternata con valor medio nullo. In questa situazione i due alberi sarebbero disaccoppiati ed il “giunto” perderebbe la su Continua »