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CIRCUITO MAGNÉTICO • Se denomina circuito magnético a un dispositivo en el que las líneas de fuerza del campo magnético están canalizadas en un camino cerrado. Se basa en que los materiales ferromagnéticos tienen una permeabilidad mucho más alta que el aire o el espacio y por tanto el campo magnético tiende a quedarse dentro del material.
Un circuito magnético sencillo es un anillo o toro de una material ferro magnético con un arrollamiento por el que circula una corriente. Esta última crea un flujo en el anillo cuyo valor viene dado por:
Donde : • Φ es el flujo magnético, • es la fuerza magnetomotriz, definida como el producto del número de espiras N por la corriente I • es la reluctancia. • Los circuitos magnéticos son importantes en electrotecnia, pues son la base de transformadores, motores eléctricos, muchos interruptores automáticos, relés, etc.
CAMPO MAGNETICO. FLUJO. INDUCCION. • Campo magnético es la región del espacio en la que se manifietan los fenómenos magnéticos. Estos actúan según unas imaginarias "líneas de fuerza": éstas son el camino que sigue la fuerza magnética. Se suele visualizar colocando un imán bajo una cartulina espolvoreada con limaduras de hierro; éstas se colocan siguiendo las líneas de fuerza
HISTÉRESIS • Cuando un material ferromagnético, sobre el cual ha estado actuando un campo magnético, cesa la aplicación de éste, el material no anula completamente su magnetismo, sino que permanece un cierto magnetismo residual. • Para desimantarlo será precisa la aplicación de un campo contrario al inicial. • Este fenómeno se llama HISTERESIS magnética, que quiere decir, inercia o retardo. • Los materiales tiene una cierta inercia a cambiar su campo magnético.
La figura representa el llamado CICLO DE HISTERESIS (también lazo o bucle de histéresis) de un determinado material magnético.Se supone que una bobina crea sobre dicho material magnético una intensidad de campo H, el cual induce en ese material magnético una inducción (valga la redundancia) de valor B. Así a una intensidad de campo H0 le corresponderá una inducción de valor B0. Si ahora aumenta H (aumentando la corriente que circula por la bobina) hasta un valor H1, B también aumentará hasta B1. (Ver figura) Pero si ahora restituimos H a su valor inicial H0 , B no vuelve a B0 , sino que toma un valor diferente B2. (Obsérvese que el camino "a la ida" es distinto que "a la vuelta" lo que implica que para restituir la inducción en el núcleo a su primitivo valor, es preciso aplicar una corriente suplementaria de signo opuesto).
Otras veces por el contrario, como ocurre en la mayoría de las máquinas eléctricas (transformadores, motores, generadores), interesa un núcleo cuyo ciclo de histéresis se lo más estrecho posible ( el camino "a la ida" coincida con el camino "a la vuelta") y lo más alargado posible (difícilmente saturable), como el de la figura siguiente: Esta pretensión tiene su razón de ser. En efecto: se invierta una potencia exclusivamente en magnetizar el núcleo, esta potencia no tiene ninguna otra aplicación práctica, por lo que se puede hablar de potencia perdida en imantación del núcleo y, efectivamente, se consideran las llamadas PERDIDAS POR HISTERESIS. Como quiera que éstas resultan ser directamente propocionales al área del lazo de histéresis, interesa pues que esta área sea lo menor posible.
CORRIENTES DE FOUCAULT. NUCLEOS • Se ha visto que la variación de flujo engendra una corriente, y este efecto se aprovechará para muchas aplicaciones prácticas. Ahora bien, los núcleos ferromagnéticos, aunque no buenos, son conductores eléctricos. En ellos se crearán corrientes inducidas cuando estén sometidos a un flujo variable. Estas corrientes son llamadas CORRIENTES DE FOUCAULT. En general, estas corrientes son indeseables, puesto que calentarán el núcleo y aparecerá una pérdida de potencia en forma de calor: PERDIDAS POR CORRIENTES DE FOUCAULT. En las máquinas eléctricas se procura evitar al máximo la circulación de estas corrientes, cortando el camino eléctrico por medio de núcleos especiales: • NUCLEOS DE CHAPA.- Para frecuencias bajas se utilizan los núcleos de chapa. Estos consisten en una serie de chapas de material ferromagnético de pequeño grosor apiladas, recubiertas cada una de ellas de barniz aislante. Las chapas permiten el paso del flujo magnético, pero no el de las corrientes de Foucault, ya que estas son perpendiculares a aquél. • NUCLEOS DE FERRRITA.- Para frecuencias altas es insuficiente el aislamiento que se consigue con los núcleos de chapa y se recurre a unos materiales especiales denominados ferritas; estos están formados por gránulos de material ferromagnético separados por un cemento cerámico. • NUCLEOS DE AIRE.- Para frecuencias muy altas se recurre a dejar la bobina sin núcleo ferromagnético, y se dice que tiene núcleo de aire. Como éste es un buen aislante eléctrico, la pérdida por corrientes de Foucault en este tipo de bobinas es práctcamente nula. • Los símbolos de estos tres tipos de bobinas son:
No siempre son indeseables las corrientes de Foucault. Algunas veces se aprovecha su efecto calorífico para aplicaciones industriales o domésticas. Tal es el caso de la fusión del platino (infusible a la llama) o de los hornos microondas.
LA AUTO-INDUCTANCIA • Cuando una corriente esta cambiando en un circuito ,el flujo magnetico que concatena dicho circuito cambia y se induce una fuerza electromotriz en el, si consideramos constante la permeabilidad , la fuerza electromotriz inducida es directamente proporcional al cambio de la corriente . • VL = L di/dt ……I
L: coeficiente de auto inductancia • Unidades weber/amper o henry • Sabemos que en una bobina con N espiras la fuerza electromotriz inducida esta dada- • VL = NdΦ/dt……….II • De I y II • L di/dt =NdΦdt entonces • L = N dΦ/di
INDUCTANCIA MUTUA • Si consideramos que una corriente ( i ) circula en una bobina como lo indica en la figura , sabemos que la corriente cambiante (i1) produce un flujo magnético Φ1 parte de estos eslabonamientos de flujo son únicamente de la bobina 1 y es llamado encadenamiento del flujo Φ11
Problema aplicativo • La bobina 1 de un par de bobinas a acopladas tiene una corriente permanente de 5amperios y los flujos correspondientes Φ11 y Φ12 son de 20000 y 40000 maxwells respectivamente, si las vueltas de • N1 = 500 y N2= 1500 espiras calcular L1 ,L2, M y K
Solucion • flujo total = Φ1= Φ11 + Φ12 • Φ1= 20000 + 40000= 6x10⁴ maxwells • 1weber = 10⁸ maxwells • Φ₁ = 6x10 ⁻⁴ weber • la auto inductancia de la bobina será • L1 = N Φ1/i = 500x6x10⁻⁴/5 • L1= 6x10Henrys • la inductancia mutua • M= N1Φ12/I1 = 500x4x10⁻⁴/5 • M =12x10 H enrys
Coeficiente de acoplamiento • K = Φ12/Φ1= x10⁻⁴/6x10⁴ • K= 0.667 • Luego la autoinductancia • M= K√L1xL2 • L2 = M/KXl1 • L2= ( 12x10⁻)/(0.667)x6x10⁻ • L2= 0.539 Henrys.
