Campo Magnético Principios Y Fundamentos

Campo magnético

El campo magnético tiene un estudio diferente al campo eléctrico. Primero, se estudian los efectos del campo eléctrico y magnético sobre las cargas en movimiento y después, se estudian las fuentes del campo magnético.

Movimiento de cargas en campos eléctricos y/o magnéticos

Los principales problemas que se presentan al estudiante en este capítulo y en el siguiente, es la representación espacial de las magnitudes vectoriales que intervienen en la descripción del campo producido por una corriente o de las fuerzas que un campo magnético ejerce sobre una carga en movimiento o sobre una corriente.

Varios son los ejemplos ilustrativos del efecto del campo magnético sobre las cargas en movimiento, con o sin el efecto combinado con el campo eléctrico:

El espectrómetro de masas.

El selector de velocidades.

El ciclotrón.

El estudio del momento de las fuerzas que ejerce un campo magnético sobre una espira es importante para explicar el funcionamiento de los instrumentos de medida de las corrientes eléctricas, los motores y la orientación de los dipolos atómicos en un campo magnético externo.

Circuitos magnéticos

Para el análisis de los circuitos magnéticos vamos a usar el ejercicio propuesto por Fraile Mora en su libro de Máquinas Eléctricas, donde tenemos un transformador trifásico (con tres devanados primarios y tres devanados secundarios). El estudio lo realizaremos en el laboratorio de Máquinas Eléctricas con el software Gestión de ensayos eléctricos.

Utilizaremos para los ensayos un transformador de relación de transformación 0,92. Realizamos una conexión en vacío del transformador en una única columna, la central, como se puede ver en la siguiente figura:

En ese momento aparece una corriente en el primario correspondiente a la corriente de vacío. De las tensiones aparecidad en los diferentes devanados podemos deducir que por la columna central circula el doble de flujo que por las dos columnas laterales.

A continuación conectamos una carga (igual a R) en las columnas laterales a-a' y c-c', obteniéndose los resultados que aparecen en la siguiente figura:

Se puede ver que, como en el caso anterior, el flujo central es doble que en las columnas laterales. A pesar de que la corriente en el primario ahora es mayor, el flujo en la columna central es prácticamente el mismo que en el caso de vacío, es decir, que aunque esa corriente producirá un flujo mayor, tenemos las corrientes en la carga que también producirán un flujo que se opone al anterior. Como resultado obtenemos que el flujo permanece prácticamente constante. Esto es debido a que el flujo producido en corriente alterna depende de la tensión (en realidad de la fuerza electromotriz) y de la frecuencia.

Si conectamos cargas diferentes en el secundario veremos que el reparto de flujo en las columnas laterales ya no es el mismo que en el caso de cargas iguales:

Efectivamente se observa que el flujo por la carga 2R (columna c-c') es prácticamente el doble que por la carga R (columna a-a').

Si en el devanado de una columna lateral se realiza un cortocircuito, veremos que el flujo prácticamente desaparece (para ello observamos la tensión en la otra bobina de esa misma columna). Veamoslo en la siguiente figura:

Análisis de excitación de CA y CD, conexiones.

La excitación está compuesta por los elementos del circuito que aportan energía, es decir, las fuentes ó también lo pueden ser para lapsos cortos, las bobinas y los capacitores (debido a la energía acumulada en sus campos respectivos.

En un circuito de CD la potencia suministrada a la carga de CD es simplemente el producto del voltaje a través de la carga y el flujo de corriente que pasa por ella:

P=VI

Excitación en CA

Desafortunadamente, la situación en los circuitos de CA sinusoidales es más compleja. Es mas compleja, debido a que puede haber una diferencia de fase entre el voltaje y la corriente de CA suministrada a la carga, la potencia instantánea que se proporciona a una carga de CA también es el producto del voltaje y de la corriente instantánea, pero la potencia promedio suministrada a la carga se ve afectada por el ángulo de fase entre el voltaje y la corriente.

Se tiene una fuente de voltaje monofásico que proporciona potencia a una carga monofásica. El voltaje suministrado a esta carga es:

V(t)=√2.Vcosωt

Donde V es el valor rms (valor eficaz del voltaje o corriente) del voltaje suministrado a la carga, y el flujo de corriente resultante es:

i(t)=√2.Icos(ωt-θ)

Donde el valor I es el valor rms de la corriente que fluye a través de la carga. La potencia suministrada a esta carga en el tiempo t es:

P(t)=v(t)i(t)=2VIcosωt.cos(ωt-θ)

El ángulo θ en esta ecuación es el ángulo de impedancia de la carga.

Potencia reactiva

Nótese que el segundo término de la expresión de potencia instantánea es positivo la mitad del tiempo y negativo la otra mitad, así que la potencia promedio suministrada por este termino es cero. Este término representa la potencia que se transfiere primero de la fuente a la carga, y luego regresa de la carga a la fuente.

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