Classificazione dei materiali
Nella costruzione delle macchine elettriche vengono usati vari tipi di materiali, classificabili
in base alla loro funzione, precisamente:
• materiali conduttori per formare i circuiti elettrici interni alle macchine, aventi il
compito di permettere il passaggio delle correnti legate al regime di funzionamento
della macchina stessa, opponendo una minima resistenza elettrica;
• materiali magnetici per la costruzione dei nuclei magnetici, il cui compito è quello
di consentire la creazione del campo magnetico necessario al funzionamento della
macchina, con il minimo impiego di corrente magnetizzante;
• materiali isolanti aventi la funzione di isolare parti a diversa tensione, come le
spire degli avvolgimenti tra loro e verso le parti magnetiche e strutturali della macchina
che, essendo collegate a terra, assumono un potenziale convenzionalmente
uguale a zero;
• materiali strutturali con i quali vengono costruite le parti meccaniche delle macchine
(carcassa, albero ecc.); hanno anche il compito di resistere alle varie sollecitazioni
meccaniche che si producono durante il funzionamento.
Materiali conduttori
La principale caratteristica che deve possedere un materiale conduttore adatto alla costruzione
di avvolgimenti per macchine elettriche è un elevato valore della conduttività
elettrica e, quindi, un basso valore della resistività, in modo da presentare la minima
resistenza elettrica al passaggio della corrente.
𝑅=𝜌
𝑃=𝜌
𝑙
𝑆
𝑙 2
𝐼
𝑆
Materiali magnetici
Per la costruzione dei nuclei magnetici delle macchine elettriche vengono usati materiali
ferromagnetici che, a differenza di quelli diamagnetici e paramagnetici, consentono
di ottenere degli elevati valori di induzione magnetica con ridotti valori della corrente
magnetizzante.
Il flusso magnetico e la corrente magnetizzante circolante in una bobina di N spire
sono legati dalla legge di Hopkinson:
per limitare la corrente magnetizzante necessaria per
ottenere un certo flusso magnetico occorre che sia piccolo il valore della riluttanza
magnetica, il che si ottiene utilizzando materiali con elevato valore della permeabilità
magnetica.
Occorre, inoltre, tener conto che i materiali ferromagnetici sono soggetti al fenomeno
della saturazione magnetica, in base al quale l’andamento dell’induzione magnetica
B in funzione della forza magnetizzante H diventa praticamente costante dopo
il ginocchio della caratteristica di magnetizzazione (figura B3.1). Indicando con BS il
valore dell’induzione magnetica massima ottenibile prima della saturazione, è importante
che i materiali usati per la costruzione dei nuclei magnetici delle macchine elettriche
abbiano un elevato valore dell’induzione BS, dell’ordine di (1,5 ÷ 2) T.
Un’ultima caratteristica riguarda la perdita di potenza attiva che si verifica nei nuclei
magnetici, dovuta all’isteresi magnetica e alle correnti parassite. Per limitare tali
perdite bisogna utilizzare materiali con basso valore della cifra di perdita e usare nuclei
laminati per le parti soggette a flusso magnetico variabile nel tempo.
Lamiere a cristalli orientati
Nell’ambito dei materiali magnetici usati per la costruzione dei nuclei delle macchine
elettriche di media e grande potenza e nelle applicazioni in cui sono richieste delle ridotte
perdite nel ferro, ha avuto notevole diffusione l’uso delle lamiere in acciaio al silicio
a cristalli orientati.
