Trasformatori rotanti per il trasferimento energetico senza contatti: analisi teorica e criteri di dimensionamento

Le macchine sincrone ad eccitazione indipendente (EESM) si stanno diffondendo nei settori automotive e aerospaziale grazie alla flessibilità di regolazione del flusso rotorico e all'indipendenza dalle terre rare. Il loro funzionamento richiede tuttavia il trasferimento continuo di corrente di eccitazione al rotore, storicamente affidato a spazzole e collettori ad anelli, soggetti a usura, manutenzione e limiti di velocità. Il presente lavoro analizza il trasformatore rotante come soluzione per il trasferimento di potenza senza contatti. Dopo aver presentato il principio di funzionamento e le criticità introdotte dal traferro d'aria, vengono classificate le principali topologie costruttive (assiali e radiali) e confrontati i materiali magnetici adatti alle elevate frequenze operative. Si descrive quindi l'architettura del sistema di eccitazione, basata su una doppia conversione DC-AC-DC tramite inverter H-Bridge e raddrizzatore a bordo rotore. Attraverso la modellazione a circuiti equivalenti si studia la compensazione capacitiva della potenza reattiva e si ricavano le relazioni ingresso-uscita del sistema, sia in condizioni ideali sia in presenza degli effetti parassiti, ottenendo la funzione di trasferimento che lega i parametri di controllo statorici alla corrente continua di eccitazione. I risultati confermano il trasformatore rotante come tecnologia affidabile e strategica per i sistemi di trazione elettrica.