Circuitos magnéticos
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DESARROLLO |
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En las máquinas eléctricas se usan circuitos de materiales ferromagnéticos para conducir los campos eléctricos necesarios para su funcionamiento. El uso de material ferromagnético es porque tienen una permeabilidad mucho más alta que el aire y por tanto el campo magnético tiende a quedarse dentro del material. Un circuito magnético es un camino cerrado de material ferromagnético sobre el que actúa una fuerza magnetomotriz. Estos circuitos magnéticos pueden ser:
Figura1. Ejemplo de circuitos magnéticos Recuperado de e-ducativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/2750/2958/html/31_el_circuito_magntico.html
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Figura 2. Circuito magnético Recuperado de webs.uvigo.es/quintans/recursos/Web_electromagnetismo/electromagnetismo_circuitosmagneticos.htm CONCEPTOS BÁSICOS Excitación: La excitación o alimentación no es más que la fuente de corriente con la cual se genera el flujo del circuito. Esta fuente de suministro puede ser de muchos tipos dependiendo de la utilidad del dispositivo. Por lo general se utiliza corriente alterna aunque en algunos casos también la continúa. Bobinado: El bobinado rodea el núcleo, tiene forma de solenoide y somete al núcleo a un campo magnético constante en toda su sección, en una dirección que dependerá de la corriente. Es importante en el bobinado el numero de espiras N. Núcleo: El núcleo está diseñado para transportar el flujo creado por la corriente en el bobinado. Suele estar fabricado con materiales ferromagnéticos que tienen una permeabilidad mucho más alta que el aire o el espacio y por tanto, el campo magnético tiende a quedarse dentro del material. Entrehierro: El entrehierro no es más que una zona donde el núcleo o camino del flujo sufre un salto o discontinuidad que se traduce en una zona con baja permeabilidad. Se representa tal y como se muestra en la Figura 3.
Figura 3. Entrehierro Recuperado de webs.uvigo.es/quintans/recursos/Web_electromagnetismo/electromagnetismo_circuitosmagneticos.htm
Donde N es el número de vueltas de la bobina o solenoide que alimenta el núcleo, e i la intensidad que circula por dicha bobina.
Sus unidades son Amperios · vuelta (A·v). Depende de las características del material, en el caso que nos concierne, del material del núcleo y de su forma. La reluctancia de un circuito magnético viene dada por
Donde l es la longitud del núcleo, µ la permeabilidad del material, y S la superficie, perpendicular al flujo, del núcleo. El acoplamiento de la reluctancia en serie y/o paralelo en un núcleo, es idéntico al del acoplamiento de resistencias en un circuito eléctrico. Si no se tiene acceso a los valores del núcleo también se puede calcular
Inducción magnética B: es un vector tal que en cada punto coincide en dirección y sentido con los de la línea de fuerza magnética correspondiente. Se puede definir como el número de líneas de flujo por unidad de superficie que existen en el circuito magnético perpendiculares a la dirección del campo.
Donde µ es la permeabilidad del núcleo o material en el cual esta aplicado el campo, H es la excitación magnética, S la superficie, perpendicular al flujo, del núcleo y Φ el flujo en el núcleo magnético. La unidad de la inducción es el Tesla (T).
Excitación magnética:Causa imanadora o excitación magnética por unidad de longitud del circuito magnético. Para su cálculo partiremos de la ley de ampere que establece que la circulación del vector H a través de un camino cerrado es igual al sumatorio de las corrientes que encierra dicha curva. En el caso de un circuito magnético tenemos:
Si consideramos el campo constante a lo largo de todo el circuito tenemos:
Donde l es la longitud del circuito magnético, i la intensidad que circula por la bobina y N el número de espiras de dicha bobina. Las unidades de la excitación magnética son el amperio-vuelta por metro A·v/m
Intensidad: Es la intensidad que aporta la fuente de alimentación a la bobina. Es la encargada de generar el campo magnético que origina el flujo en el núcleo del circuito. Para su cálculo se emplean.
Las unidades de la intensidad son el Amperio (A).
Flujo: Es el producto vectorial de la inducción y el vector superficie:
En el Sistema Internacional, se mide en Weber (Wb). 1 Wb = 1 T m 2
Superficie del núcleo: la superficie del núcleo es perpendicular al campo generado por la bobina. Se mide en m2
Figura 4. Superficie del núcleo Recuperado de webs.uvigo.es/quintans/recursos/Web_electromagnetismo/electromagnetismo_circuitosmagneticos.htm
En ocasiones es necesario su cálculo para dimensionar el núcleo de las maquinas, para ello se emplea
Longitud del circuito: Es la longitud total del recorrido del campo, depende de la forma del núcleo al igual que la superficie.
Figura 5.Longitud del circuito magnético Recuperado de webs.uvigo.es/quintans/recursos/Web_electromagnetismo/electromagnetismo_circuitosmagneticos.htm
Si no nos dan los valores geométricos del núcleo podemos emplear la siguiente ecuación:
Número de espiras:Es el número de vueltas que tiene el bobinado de excitación. Si no nos dan este valor podemos calcularlo mediante la Ecuación 12.
Permeabilidad del vacío: conocida también como constante magnética, se representa mediante el símbolo µ0 y tiene como valor
Figura 6. Permeabilidad del vacío Recuperado de webs.uvigo.es/quintans/recursos/Web_electromagnetismo/electromagnetismo_circuitosmagneticos.htm En un circuito magnético se utiliza para el cálculo de la permeabilidad absoluta y/o como la permeabilidad del entrehierro.
Permeabilidad relativa del material:denotada a veces por el símbolo µ m , es el cociente de la permeabilidad absoluta del medio específico y la permeabilidad del vacío dada por constante magnética µ0 .
Los materiales se pueden clasificar según su permeabilidad magnética relativa en ferromagnéticos, diamagnéticos y paramagnéticos. Para los núcleos de los circuitos magnéticos se utilizan materiales ferromagnéticos, cuyo valor de permeabilidad magnética relativa es muy superior a 1. Los materiales ferromagnéticos atraen el campo magnético hacia su interior. Esa propiedad recibe el nombre de ferromagnetismo. Ejemplos de ellos son el hierro y el níquel.
Figura 7 : Gráfica de variación de la permeabilidad en los materiales ferromagnéticos. Recuperado de webs.uvigo.es/quintans/recursos/Web_electromagnetismo/electromagnetismo_circuitosmagneticos.htm
Permeabilidad absoluta: Para comparar entre sí los materiales, se utiliza la permeabilidad magnética absoluta (µ) como el producto entre la permeabilidad magnética relativa (µr) y la permeabilidad magnética de vacío (µ0): µ =µ r·µo Posee las mismas dimensiones que la permeabilidad del vacío, µ0 , esto es, se mide en T·m/A. |
Fuerza magnetomotriz: La fuerza magnetomotriz (F.m.m) es aquella capaz de producir un flujo magnético entre dos puntos de un circuito magnético. La f.m.m se puede deducir de la ley de Ampere 
Reluctancia La reluctancia magnética de un material es la resistencia que éste posee al verse influenciado por un campo magnético.
