La schermatura elettromagnetica è una pratica fondamentale nel design e nell'installazione dei trasformatori, poiché aiuta a proteggere i circuiti e i componenti circostanti dalle interferenze elettromagnetiche (EMI). Queste interferenze, generate da vari dispositivi elettrici e elettronici, possono compromettere le prestazioni dei trasformatori e disturbare il funzionamento di altri apparecchi. La schermatura elettromagnetica non solo migliora l'affidabilità dei trasformatori, ma contribuisce anche a garantire la conformità alle normative ambientali e di sicurezza.

L'elettromagnetismo è alla base del funzionamento dei trasformatori, che operano su principi di induzione elettromagnetica. Quando una corrente alternata attraversa il primo avvolgimento (primario), genera un campo magnetico che induce una corrente nel secondo avvolgimento (secondario). Tuttavia, questo processo non è perfetto; parte del campo magnetico può fuoriuscire, causando perdite di energia e interferenze. Inoltre, quando i trasformatori sono utilizzati in ambienti ad alta densità di dispositivi elettronici, il rischio di interferenze aumenta. La schermatura aiuta a contenere o deviare queste onde elettromagnetiche, riducendo l'impatto negativo sulle apparecchiature adiacenti.

Esistono diverse tecniche di schermatura elettromagnetica, ognuna con specifiche applicazioni e vantaggi. Una delle tecniche più comuni è l'uso di materiali conduttivi, come l'acciaio, il rame e l'alluminio. Questi materiali sono in grado di riflettere le onde elettromagnetiche, impedendo che penetrino nel trasformatore o nelle apparecchiature circostanti. Per esempio, un involucro in acciaio può essere progettato per racchiudere completamente il trasformatore, minimizzando le perdite di campo magnetico. Inoltre, il rame è particolarmente efficace per schermare le frequenze più alte, rendendolo adatto per applicazioni in cui le interferenze radiofrequenza (RF) sono una preoccupazione.

Un'altra tecnica di schermatura è l'uso di materiali assorbenti, come i ferriti e i materiali polimerici conduttivi. Questi materiali non solo riflettono le onde, ma le assorbono anche, riducendo ulteriormente le interferenze. I ferriti, in particolare, sono ampiamente utilizzati per schermare i trasformatori da interferenze a frequenze elevate. Questi materiali possono essere applicati direttamente sui cavi che escono dai trasformatori o integrati nel design del trasformatore stesso.

La progettazione della schermatura elettromagnetica deve tener conto di vari fattori, tra cui la frequenza delle onde, la potenza del campo elettrico e le caratteristiche del materiale. La legge di Faraday-Lenz, che descrive la relazione tra il campo elettrico e il campo magnetico, è fondamentale per comprendere come progettare una schermatura efficace. Secondo questa legge, l'intensità del campo elettrico generato è proporzionale alla variazione del flusso magnetico. Pertanto, una schermatura deve essere progettata in modo da minimizzare questa variazione, utilizzando materiali con adeguate proprietà conduttive e geometrie ottimali.

Per esempio, in un'applicazione industriale, un trasformatore di potenza potrebbe essere installato in una centrale elettrica, dove i livelli di EMI possono essere elevati. In questo caso, si potrebbe utilizzare una combinazione di involucro in acciaio e schermi interni in rame per garantire che le interferenze non influiscano sul funzionamento dei dispositivi di controllo e monitoraggio. Inoltre, si potrebbe implementare un sistema di messa a terra efficace, che riduce ulteriormente i potenziali problemi di EMI e fornisce una via di fuga sicura per le correnti indesiderate.

In altri casi, come nei trasformatori utilizzati nelle applicazioni audio, la schermatura è cruciale per evitare il ronzio e altre distorsioni causate da interferenze esterne. Qui, i progettisti possono optare per l'uso di materiali assorbenti e riflettenti, insieme a un'attenta disposizione dei cavi di ingresso e uscita per minimizzare l'esposizione alle fonti di EMI.

Inoltre, per calcolare l'efficacia della schermatura, si possono utilizzare diverse formule, come il rapporto di attenuazione, che esprime la differenza di intensità tra il campo elettrico all'interno e all'esterno della schermatura. Questo rapporto può essere espresso in decibel (dB) e, in generale, una schermatura con un rapporto di attenuazione superiore a 20 dB è considerata efficace per molte applicazioni.

La progettazione e l'implementazione di tecniche di schermatura elettromagnetica non sono il risultato del lavoro di un singolo individuo, ma piuttosto il frutto della collaborazione di ingegneri, ricercatori e specialisti in materiali. Negli ultimi decenni, molte università e istituti di ricerca hanno contribuito allo sviluppo di nuove tecnologie di schermatura, studiando le proprietà dei materiali e le interazioni tra onde elettromagnetiche e strutture fisiche. Inoltre, aziende specializzate nella produzione di materiali conduttivi e assorbenti hanno realizzato innovazioni che hanno reso più efficaci e accessibili le soluzioni di schermatura.

Collaborazioni tra l'industria e il mondo accademico hanno portato anche alla creazione di standard internazionali per la misura e la valutazione dell'efficacia delle schermature elettromagnetiche. Questi standard sono fondamentali per garantire che le apparecchiature siano progettate e testate secondo criteri comuni, permettendo così una migliore integrazione nei sistemi esistenti e una maggiore protezione contro le interferenze.

Infine, è importante notare che la schermatura elettromagnetica non è un fenomeno statico; è un campo in continua evoluzione. Le crescenti richieste di dispositivi elettronici più compatti e potenti, insieme all'aumento dell'uso delle tecnologie wireless, stanno spingendo i ricercatori a esplorare nuovi materiali e tecniche di schermatura. Soluzioni innovative, come i materiali a base di grafene e le tecnologie di schermatura attiva, sono all'orizzonte, promettendo di migliorare ulteriormente la protezione contro le interferenze elettromagnetiche.

In sintesi, la schermatura elettromagnetica per i trasformatori è una disciplina complessa e multidisciplinare che richiede una comprensione approfondita dei principi fisici, dei materiali e delle tecnologie. Le tecniche di schermatura non solo migliorano le prestazioni dei trasformatori, ma sono essenziali per garantire che i sistemi elettrici funzionino in modo sicuro e affidabile, minimizzando le interferenze e ottimizzando l'efficienza energetica. Con l'avanzare della tecnologia, la ricerca e lo sviluppo in questo campo continueranno a essere cruciali per affrontare le sfide future e soddisfare le esigenze di un mondo sempre più connesso e digitale.