Traferro

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Che cos'è un traferro?

Il “traferro” ha un significato particolare nella tecnologia dei campi magnetici. Si riferisce a una fessura (riempita d'aria) nel nucleo ferromagnetico degli elettromagneti. Se è stato calcolato con precisione, il traferro significa che l'elettromagnete può funzionare con correnti molto diverse e può immagazzinare energia magnetica meglio di un magnete senza traferro. Il traferro impedisce anche una saturazione magnetica prematura, in cui il campo magnetico smette di aumentare ad alte correnti e l'energia viene persa sotto forma di calore.

Indice

In generale, un traferro è semplicemente uno spazio riempito d'aria. Nella tecnologia, di solito si tratta della distanza tra le superfici opposte dei componenti.

Nella tecnologia degli elettromagneti, un traferro non è solo un vuoto che si verifica casualmente come risultato della progettazione, ma ha funzioni importanti.

A cosa serve un traferro?

Nei nuclei di ferro dei trasformatori è presente un traferro per evitare la saturazione magnetica del nucleo di ferro durante il normale funzionamento. Inoltre, il campo magnetico nel traferro è significativamente maggiore rispetto al materiale ferroso, il che significa che l'energia magnetica viene immagazzinata nel traferro. Il trasformatore funge quindi da accumulatore di energia a breve termine, il che è vantaggioso per alcune applicazioni.

Un trasformatore è costituito da due elettromagneti contrapposti. Il campo magnetico di un elettromagnete induce una tensione nella bobina del secondo elettromagnete. L'entità di questa tensione dipende dal rapporto tra il numero di spire delle due bobine. Il trasformatore modifica quindi la grandezza delle tensioni e delle correnti. Un nucleo ferromagnetico (di solito ferro) negli elettromagneti supporta questo processo.

Se un trasformatore deve essere utilizzato in un'ampia gamma di potenze, cioè se deve funzionare sia a bassi che ad alti livelli di potenza, e se le proprietà del trasformatore devono cambiare il meno possibile, negli elettromagneti del trasformatore vengono installati nuclei di ferro con un traferro.

Figura traferro nel nucleo di ferro di un elettromagnete

Il traferro nel nucleo di ferro di un elettromagnete ha uno scopo tecnicamente importante. Il traferro riduce la saturazione magnetica. Inoltre, l'energia magnetica viene immagazzinata nel traferro.

L'aria ha una permeabilità magnetica molto più bassa del ferro. Il traferro riduce quindi la densità del flusso magnetico nel nucleo di ferro interrotto rispetto a un nucleo di ferro senza traferro. Il campo magnetico nel traferro, invece, è molto elevato.

Ciò significa che il trasformatore funziona in modo meno efficiente a bassi livelli di potenza, ma la saturazione magnetica del nucleo di ferro non si verifica altrettanto rapidamente a livelli di potenza più elevati. La densità di flusso magnetico complessivamente più bassa in un elettromagnete con traferro è proporzionale al campo magnetico su un intervallo più ampio rispetto a quello senza traferro.

Molti materiali ferromagnetici hanno una magnetizzazione di saturazione di 1-2 Tesla. Non è molto. In molte applicazioni tecniche si verificano densità di flusso magnetico molto più elevate.

La ragione fisica della saturazione magnetica è che gli spin atomici del materiale ferromagnetico (nucleo di ferro) sono completamente allineati in un determinato campo magnetico esterno. Nonostante l'aumento della corrente, la densità del flusso magnetico non aumenta più.

Gli spin degli elettroni in tutti i domini di Weiss del ferromagnete sono allineati in parallelo.

In un trasformatore, la corrente nel cosiddetto circuito primario del trasformatore, cioè nella bobina di cui si vuole convertire la tensione, aumenta bruscamente. Questo riduce la potenza del trasformatore e si perde molta energia a causa del riscaldamento del trasformatore. La scelta dello spessore appropriato del traferro aiuta a "confezionare" il trasformatore per la gamma di potenza appropriata.

Autore:
Dott. Franz-Josef Schmitt

Il dottor Franz-Josef Schmitt è fisico e direttore scientifico del corso pratico avanzato di fisica all'università Martin-Luther di Halle-Wittenberg. Ha lavorato alla Technische Universität di Berlino dal 2011 al 2019, dove ha diretto diversi progetti pedagogici e il laboratorio di progetti di chimica. Le sue ricerche si concentrano sulla spettroscopia di fluorescenza risolta nel tempo su macromolecole biologicamente attive. Inoltre è il direttore di Sensoik Technologies GmbH.

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