Come influenza il flusso l'avvolgimento dell'armatura?
Come il flusso magnetico influenza gli avvolgimenti dell'armatura
L'impatto del flusso magnetico sugli avvolgimenti dell'armatura è centrale nei principi di funzionamento dei motori e delle dinamo. In questi dispositivi, i cambiamenti nel flusso magnetico inducono una forza elettromotrice (FEM) negli avvolgimenti dell'armatura, in base alla legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica. Di seguito è fornita una spiegazione dettagliata di come il flusso magnetico influisce sugli avvolgimenti dell'armatura:
1. Forza Elettromotrice Indotta (FEM)
Secondo la legge di Faraday sull'induzione elettromagnetica, quando il flusso magnetico attraverso un circuito chiuso cambia, viene generata all'interno di tale circuito una FEM indotta. Per gli avvolgimenti dell'armatura, se il flusso magnetico varia nel tempo (ad esempio, in un campo magnetico rotante), questo flusso variabile induce una tensione negli avvolgimenti dell'armatura. La formula è la seguente:
E è la FEM indotta;
N è il numero di spire nell'avvolgimento;
Φ è il flusso magnetico;
Δt è il cambiamento nel tempo.
Il segno negativo indica che la direzione della FEM indotta si oppone al cambiamento di flusso che l'ha causata, secondo la legge di Lenz.
2. Corrente Indotta
Una volta generata una FEM indotta negli avvolgimenti dell'armatura e formando un circuito chiuso con un carico esterno, scorre corrente. Questa corrente, causata dal flusso magnetico variabile, è nota come corrente indotta. L'entità della corrente indotta dipende dalla FEM indotta, dalla resistenza dell'avvolgimento e da qualsiasi altro impedenza seriale presente.
3. Generazione di Coppia
Nei motori, quando c'è corrente che scorre negli avvolgimenti dell'armatura, queste correnti interagiscono con il campo magnetico prodotto dallo statore, producendo una coppia. Ciò avviene perché un conduttore percorso da corrente sperimenta una forza in un campo magnetico (forza di Ampère). Questa forza può essere utilizzata per far ruotare l'albero, consentendo al motore di svolgere lavoro meccanico.
4. FEM Contraria
Nei motori a corrente continua, mentre l'armatura inizia a ruotare, taglia anche le linee di campo magnetico e genera una FEM che si oppone alla tensione di alimentazione; questa è chiamata FEM contraria o FEM inversa. La presenza della FEM contraria limita la crescita della corrente dell'armatura e aiuta a stabilizzare la velocità del motore.
5. Saturazione Magnetica ed Efficienza
Quando la densità del flusso magnetico aumenta fino a un certo punto, il materiale del nucleo può raggiungere la saturazione magnetica, dove ulteriori aumenti della corrente di eccitazione non aumentano significativamente il flusso magnetico. La saturazione magnetica non solo influenza le prestazioni del motore, ma può anche portare a perdite energetiche aggiuntive, riducendo l'efficienza del motore.
In sintesi, i cambiamenti nel flusso magnetico influenzano direttamente la FEM indotta, la corrente e successivamente la coppia negli avvolgimenti dell'armatura, che sono fondamentali per il corretto funzionamento dei motori e delle dinamo. Un progetto e un funzionamento appropriati dei motori e delle dinamo devono considerare questi fattori per garantire prestazioni efficienti e affidabili.
