Analisi e Caratterizzazione di Materiali Magnetici Dolci

Oggetto della presente tesi è l’analisi e la caratterizzazione del comportamento isteretico dei materiali magnetici dolci, il cui impiego è largamente diffuso nei sistemi elettrici ed elettronici di potenza, quali convertitori statici di energia, induttori, sensori, schermi. Tali argomenti rivestono un notevole interesse sia per la comunità scientifica internazionale, sia per quella industriale, in quanto consentono di stimare preventivamente le perdite e ottimizzare le prestazioni dei dispositivi in cui essi vengono impiegati. Vista la complessità del fenomeno isteretico, una prima trattazione viene limitata all’ambito scalare, nel quale vengono presi a riferimento i “modelli Preisach-type”. La difficoltà di approntare adeguate tecniche di misura è più evidente se vengono presi in esame anche fenomeni quali l’accommodation dei cicli minori e la viscosity o after effect presente nei cicli aperti. In tal senso in questa tesi viene proposta un’analisi dettagliata delle prestazioni relative all’utilizzo di tecniche sensorless (V-I) per la caratterizzazione di cicli minori asimmetrici in condizioni periodiche. Inoltre, partendo dal presupposto che le misure per la caratterizzazione scalare di materiali magnetici dolci (major loop e cicli simmetrici), eseguite secondo gli standard internazionali, abbiano raggiunto un buon livello di accuratezza viene proposta una tecnica innovativa per ricondurre la misura dell’efficienza di schermatura di schermi ferromagnetici non lineari alla caratterizzazione magnetica del materiale schermante. Passando all’analisi del comportamento dei suddetti materiali in presenza di campi variabili nel tempo e nello spazio, come ad esempio di campi rotanti, e al concetto di isteresi vettoriale, per il quale il modello di riferimento è quello di Stoner-Wohlfahrt, in questa tesi al fine di una prima validazione sono stati implementati tramite simulatori agli elementi finiti modelli di isteresi vettoriale semplificati, quali ad esempio quello a parallelogramma, nato sulla base della teoria di Mayergoyz. Sempre all’ambito vettoriale è stata dedicata la parte finale della presente tesi, nella quale il lavoro si è focalizzato sull’analisi delle criticità (distribuzioni di campo magnetico, o magnetizzazione, uniformi e rotanti in regioni ampie del provino, controllo diretto di almeno una variabile in gioco, campo magnetico o campo induzione, ecc.) delle varie tecniche di misura presenti in letteratura e sulla possibilità di affinamento delle stesse, nonché sullo sviluppo di nuovi set-up.