Circuitos Elctronicos
eddison22527 de Enero de 2015
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CIRCUITOS MAGNÉTICOS
4.1 Generalidades
Una corriente circulando por un conductor de gran longitud, genera alrededor del mismo
un campo magnético, cuyas líneas de fuerza describen círculos concéntricos según se observa en
la figura 4.1.
Líneas de campo
magnético
Conductor
Sentido de
Circulación de la corriente
Corriente
entrante
Corriente
saliente
Figura 4.1 Generación de un campo magnético, debido a la corriente
circulando en un conductor
En la figura puede observarse, que si la corriente es entrante las líneas de campo magnético tienen un sentido horario, en cambio si la corriente es saliente, el sentido es antihorario.
El valor de la intensidad de campo magnético, en un punto que se encuentre a una distancia "r" del conductor está dado por la siguiente expresión:
I
H
2 r
Donde
I : Intensidad de corriente [A]
H: Intensidad de campo magnético [A/m]
r : Distancia hasta el punto en cuestión [m]
Ing. J. Álvarez 12/09 72
CIRCUITOS MAGNÉTICOS
I
H
r
Plano perpendicular al
eje del conductor
Figura 4.2 Intensidad de campo magnético originado por la corriente en un conductor
H dl INETA
Ley de Ampere
La misma establece, que la integral de la intensidad de campo magnético "H", alrededor
de una trayectoria cerrada, es igual a la corriente encerrada por esa trayectoria.
En la figura 4.3 se muestra un conductor de gran longitud, siendo la trayectoria un círculo d
Siendo :
H el vector
de intensidad
de campo
magnético
[A/m]
dl el elemento
diferencia
l a lo largo de la trayectori
a de integració
n [m]
I corriente
que concatena
[A ]
Radio de la
trayectoria (r) Conductor
Intensidad de campo
magnético (H)
Corriente (I)
Figura 4.3 Esquema de la trayectoria de la intensidad de campo magnético
debido a la corriente por un conductor
Como la trayectoria es un círculo de radio "r", la longitud de la misma es: 2. . r con lo que nos queda:
H dl H 2 r
H 2 r I
H I
2 r
En el caso de que la trayectoria abarque más de un conductor, como es el caso de una
bobina, según se muestra en la figura 4.4
Ing. J. Álvarez 12/09 73
CIRCUITOS MAGNÉTICOS
H
H I
Norte Sur
H I
H
Figura 4.4 Campo magnético originado por una bobina
H dl N I
El producto N.I se llama Fuerza magnetomotriz (Fmm). El sentido de las líneas de campo
magnético están definidas por el sentido de la corriente, y definiremos como polo "norte", la región por la que salen las líneas de campo magnético y polo "sur", aquel por el que entran.
Si la intensidad del campo magnético es constante a lo largo del circuito magnético, y además tiene la dirección del diferencial de la trayectoria se cumple:
H.L = N. i
Flujo magnético
Definimos como flujo magnético, la cantidad de líneas de campo magnético que atraviesan una superficie.
S B dS
Siendo: : Flujo magnético en Weber [Wb]
B : Densidad de flujo magnético (Inducción magnética), en Tesla [T]
dS : Diferencial de superficie [m2]
El flujo magnético que entra en una superficie cerrada, es igual a la que sale o sea:
S B dS 0
La relación entre la intensidad de campo magnético "H" y la densidad de flujo magnético
"B", es una propiedad del material en el que existe el campo y la relación está dada por:
B = H
Siendo la permeabilidad del material [T.m/A]
se puede expresar en relación con la permeabilidad del vacío o del aire:
= 0. r
r : permeabilidad relativa del material
0: permeabilidad del vacío cuyo valor es 4 10
Ing. J. Álvarez 12/09 74
CIRCUITOS MAGNÉTICOS
Ley de Faraday
Cuando una o varias espiras son atravesadas por un flujo magnético variable en el tiempo
(), entre sus extremos se induce una fuerza electromotriz, cuyo valor está dado por la siguiente expresión:
d
e N
dt
Este efecto se logra teniendo un flujo magnético variable en el tiempo y una espira en
reposo, o bien un flujo magnético constante y una espira en movimiento de acuerdo a los siguientes esquemas
Flujo magnético
variable en el tiempo
Espira en reposo
Flujo
magnético constante
Espira en movimiento
Figura 4.5 Generación de fuerzas electromotrices por inducción
En ambos casos el flujo magnético concatenado por la espira es variable en el tiempo.
El signo o polaridad de la fuerza electromotriz inducida, debe ser tal que haga circular una corriente, que origine un flujo magnético de sentido contrario al que le dio origen. Esto se muestra
en la figura 4.6.
Flujo magnético originado por la excitación "u"
Flujo magnético originado por la corriente "i", debido a la fuerza electromotriz inducida “e”
+ i1
u e1
-
-
Figura 4.6 Sentido de la fuerza electromotriz inducida
También se puede aplicar a un conductor en movimiento dentro de un campo magnético uniforme, de acuerdo a la figura 4.7.
B: Inducción magnética
L: longitud del conductor
dentro de la influencia del campo magnético
v : velocidad
de traslación del conductor
Sentido de la fuerza
electromotriz inducida
Figura 4.7 Fuerza electromotriz inducida en un conductor
Ing. J. Álvarez 12/09 75
CIRCUITOS MAGNÉTICOS
El valor de la fuerza electromotriz inducida es:
e = B. L. v
Fuerza sobre los conductores
Otro efecto importante, es que en un conductor por el cual circula una corriente y estando dentro de un campo magnético, sobre el se origina una fuerza, cuyo valor está dado por:
F = B. I. L
origina.
En la figura 4.8 Se observan los sentidos de del campo magnético y de la fuerza que se
B: Inducción magnética [T]
L: longitud del conductor
dentro de la influencia del campo magnético [m]
F: Fuerza que se origina y su sentido [N]
I Sentido de la corriente
que circula por el conductor [A]
Figura 4.8 Sentido de la fuerza originada en un conductor
4.2 Materiales magnéticos
En los dispositivos de conversión de energía, es muy importante el uso de materiales magnéticos, ya que mediante su empleo, se pueden obtener valores elevados de densidad de flujo magnético (B) con valores de fuerza magnetizante (N.I) relativamente pequeños.
Mediante el uso de estos materiales se pueden dirigir los campos magnéticos en las trayectorias deseadas.
Los núcleos, magnéticos que se utilizan en la práctica, son de hierro y sus aleaciones, siendo la relación entre la inducción "B" y la intensidad
...