Coppia di riluttanza
Il momento di riluttanza, noto anche come momento di allineamento, è un fenomeno sperimentato dagli oggetti ferromagnetici quando sono posti all'interno di un campo magnetico esterno. Questo momento agisce per allineare l'oggetto ferromagnetico con la direzione del campo magnetico esterno. Quando esposto a un campo magnetico esterno, l'oggetto ferromagnetico genera un campo magnetico interno in risposta. L'interazione tra questo campo magnetico indotto internamente e il campo magnetico esterno dà origine al momento di riluttanza, costringendo l'oggetto a riorientarsi fino a quando non è ottimamente allineato con le linee del campo magnetico esterno. Questo allineamento avviene mentre il sistema cerca di minimizzare la riluttanza magnetica, che è una misura dell'opposizione alla creazione di un flusso magnetico all'interno dell'oggetto.
Il momento deriva dall'interazione tra i due campi magnetici, causando la torsione dell'oggetto intorno a un asse allineato con la direzione del campo magnetico. Questo momento agisce sull'oggetto, costringendolo a riposizionarsi in modo da minimizzare la riluttanza magnetica, facilitando così il percorso più fluido possibile per il flusso magnetico.
Questo momento è anche noto come momento di salienza, poiché la sua generazione è direttamente attribuita alle caratteristiche di salienza della macchina. La salienza, che si riferisce all'asimmetria geometrica e magnetica all'interno della macchina, crea variazioni nella riluttanza magnetica che guidano la produzione di questo momento.
I motori a riluttanza si basano fondamentalmente sul momento di riluttanza per il loro funzionamento. La funzionalità del motore dipende dall'interazione continua e dalla riallineazione dei campi magnetici, resa possibile da questo momento, per produrre un movimento rotatorio. La magnitudine del momento di riluttanza può essere calcolata utilizzando una formula specifica, che tiene conto di vari parametri come le intensità del campo magnetico, la geometria della macchina e le proprietà del materiale, fornendo una misura quantitativa cruciale per la progettazione, l'analisi e l'ottimizzazione delle macchine elettriche basate sulla riluttanza.
Nel contesto dei calcoli del momento di riluttanza, vengono utilizzate le seguenti notazioni:
Trel rappresenta il valore medio del momento di riluttanza.
V indica la tensione applicata, che svolge un ruolo cruciale nell'alimentazione del motore e nell'influenza delle interazioni dei campi magnetici.
f sta per la frequenza di linea, determinando il tasso di cambiamento dei campi magnetici e quindi influenzando il processo di generazione del momento.
δrel è l'angolo di momento, misurato in gradi elettrici. Questo angolo indica la differenza di fase tra i campi magnetici dello statore e del rotore ed è un fattore chiave nel calcolo della magnitudine del momento di riluttanza.
K è la costante del motore, un parametro specifico del motore che incapsula varie caratteristiche relative al design, come la geometria del circuito magnetico e le proprietà del materiale.
Il momento di riluttanza viene principalmente generato nei motori a riluttanza. Il principio fondamentale alla base della sua produzione in questi motori risiede nella variazione della riluttanza magnetica. Mentre il rotore si muove all'interno del campo magnetico dello statore, i cambiamenti nella lunghezza dell'aria e nella geometria del percorso magnetico causano fluttuazioni nella riluttanza. Queste variazioni, a loro volta, danno origine al momento di riluttanza, che guida la rotazione del motore.
Il limite di stabilità dei motori a riluttanza, in relazione all'angolo di momento, tipicamente varia da +δ/4 a -δ/4. Operare all'interno di questo intervallo angolare assicura che il motore mantenga un funzionamento stabile, evitando problemi come l'arresto o comportamenti erratici.
In termini di costruzione, lo statore di un motore a riluttanza assomiglia strettamente a quello di un motore a induzione monofase, dotato di avvolgimenti progettati per creare un campo magnetico rotante. Il rotore, d'altra parte, è comunemente di tipo gabbia di scoiattolo. Questo semplice ma efficace design del rotore, combinato con le caratteristiche magnetiche uniche dello statore, consente la generazione e l'utilizzo efficiente del momento di riluttanza, rendendo i motori a riluttanza adatti a una varietà di applicazioni in cui l'efficienza economica e il funzionamento affidabile sono requisiti chiave.
