Relazione BH nei circuiti magnetici
Tabella dei contenuti
- Introduzione alla conversione dell'energia
- Relazione BH nell'analisi e nel progetto del circuito magnetico
- Definizione di intensità di campo magnetico (H) e densità di campo magnetico (B)
- Relazione tra H e B
- Permeabilità come caratteristica del materiale
- Materiali non magnetici
- Materiali magnetici
- Relazione BH per un circuito magnetico con avvolgimento e nucleo
- La curva di magnetizzazione
- Considerazioni sul design di macchine elettriche rotanti e trasformatori
La Relazione BH nell'analisi e nel progetto del circuito magnetico
Nell'ambito dell'analisi e del progetto del circuito magnetico, una delle relazioni fondamentali è la relazione BH. Questa relazione definisce come l'intensità di campo magnetico (H) produce una densità di campo magnetico (B) in una determinata regione o mezzo.
Intensità di campo magnetico (H) e densità di campo magnetico (B)
L'intensità di campo magnetico (H) è una misura dell'energia magnetica per unità di lunghezza. Si esprime in ampere spire per metro (A/m). La densità di campo magnetico (B), invece, rappresenta la quantità di flusso magnetico attraverso una superficie unitaria ed è misurata in weber per metro quadrato (Wb/m²).
Relazione tra H e B
La relazione BH afferma che la densità di campo magnetico (B) è uguale al prodotto tra la permeabilità magnetica di un materiale (μ) e l'intensità di campo magnetico (H). Matematicamente, ciò si esprime come B = μH.
Permeabilità come caratteristica del materiale
La permeabilità (μ) di un materiale è una caratteristica che indica l'influenza del materiale sul campo magnetico. Essa rappresenta l'opposizione di un materiale al flusso del campo magnetico. In altre parole, una permeabilità elevata corrisponde a una bassa reluttanza magnetica. La permeabilità può essere divisa in due componenti: μ₀, la permeabilità del vuoto, che ha un valore di 4π x 10⁻⁷ henry per metro (H/m), e μᵣ, la permeabilità relativa del materiale.
Materiali non magnetici
Nei materiali non magnetici come aria, alluminio, plastica, legno e rame, il valore della permeabilità relativa (μᵣ) è pari a 1. Di conseguenza, la densità di campo magnetico (B) è uguale al prodotto tra la permeabilità del vuoto (μ₀) e l'intensità di campo magnetico (H).
Materiali magnetici
Nei materiali magnetici come ferro, cobalto, nichel, acciaio e ferriti, il valore della permeabilità relativa (μᵣ) varia da diverse centinaia a diverse migliaia. Pertanto, la densità di campo magnetico (B) sarà uguale al prodotto tra la permeabilità del vuoto (μ₀), la permeabilità relativa (μᵣ) e l'intensità di campo magnetico (H).
Relazione BH per un circuito magnetico con avvolgimento e nucleo
Nel caso di un circuito magnetico che comprende un avvolgimento e un nucleo, la relazione BH può essere derivata applicando la legge di Ampère. L'intensità di campo magnetico (H) in questo caso sarà uguale al prodotto tra il numero di spire dell'avvolgimento (n), la corrente di eccitazione (i) e la lunghezza del nucleo (l), diviso per la permeabilità del vuoto (μ₀). La densità di campo magnetico (B) sarà uguale al prodotto tra la permeabilità del vuoto (μ₀), la permeabilità relativa (μᵣ), il numero di spire dell'avvolgimento (n) e la corrente di eccitazione (i), diviso per la lunghezza del nucleo (l).
La curva di magnetizzazione
La relazione BH può essere rappresentata graficamente come la curva di magnetizzazione. In questa curva, l'intensità di campo magnetico (H) è riportata sull'asse x, mentre la densità di campo magnetico (B) è riportata sull'asse y. La curva mostra che, nella regione di bassa intensità di campo magnetico, la densità di campo magnetico aumenta in modo quasi lineare. Tuttavia, a valori più elevati di intensità di campo magnetico, il cambiamento della densità di campo magnetico diventa non lineare, a causa dell'effetto di saturazione del materiale magnetico.
Considerazioni sul design di macchine elettriche rotanti e trasformatori
Durante il design di macchine elettriche rotanti e trasformatori, è importante considerare la curva di magnetizzazione e cercare di mantenere i punti di funzionamento all'interno della regione lineare. L'obiettivo è evitare la regione di saturazione, che richiede una corrente elevata per ottenere una piccola variazione della densità di campo magnetico. Inoltre, l'ampiezza della corrente di eccitazione (magnetizing current) è di solito compresa tra il 5% e il 20% della corrente totale assorbita dalla macchina.
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