Circuitos Magnéticos

Actuadores

Dr. Adel Fernndez Prieto

ITESM Ciudad Jurez

Sumario

Circuitos Magnticos

Definiciones

Relaciones importantes

Reluctancia

Inductancia

Circuito Equivalente

Histresis

Magnetizacin

Corriente de excitacin

Dr. Adel Fernndez Prieto 2

Relacin

Una corriente por un conductor produce un campo magntico de intensidad .

Su relacin est dada por la ley de Ampere


Camino cerrado

Ejemplo:


Relacin

La intensidad del campo magntico H produce una densidad de flujo magntico :


: permeabilidad del medio : permeabilidad del espacio libre (aire) : Permeabilidad relativa del medio

Mientras mayor es , menor corriente se necesita para generar un flujo magntico

Circuito magntico equivalente

Toroide: La corriente fluye a travs de un devanado de vueltas:


: se define como fuerza magneto motriz (fmm)

La mayor parte del flujo va por el ncleo, aunque existe un pequeo flujo de fuga (leakage flux) por fuera del ncleo



Ley de Gauss: Flujo a travs de la seccin A

Reluctancia: Oposicin al flujo magntico

Depende de la geometra el material del ncleo


Anlisis por analoga con circuitos elctricos


: Fuerza magneto motriz (fmm)

=

=

=

E

Curva de magnetizacin

Si se aumenta la corriente por el conductor, aumenta la intensidad del campo , pero llega el momento en que se satura:


La reluctancia no es constante, depende de la densidad del flujo

Diferentes materiales o aleaciones poseen diferentes curvas

Circuitos con Entrehierro ( )

En las mquinas elctricas el rotor est fsicamente aislado del estator

Prcticamente existe el mismo flujo en el aire y en el ncleo

Para mantener la misma densidad es necesario mayor en el entrehierro que en el ncleo

Si es muy alto, se satura en el ncleo y est en la zona lineal para el entrehierro (aire)


Circuito equivalente (Estructura compuesta)


Flujo marginal (Fringing flux) despreciado

Ejemplo: Relevador

Devanado de 500 vueltas

Entrehierro (gap) = 1.5

Largo promedio del ncleo (core) = 360


Se necesita una densidad de flujo de 0.8 T para mover el actuador del relevador

Acero fundido (Cast-Steel)

Curva vs


Ejemplo: Relevador

Devanado de 500 vueltas

Entrehierro (gap) = 1.5

Largo promedio del ncleo (core) = 360


Se necesita una densidad de flujo de 0.8 T para mover el actuador del relevador

Acero fundido (Cast-Steel)

Inductancia

: Se define acoplamiento de flujo (flux linkage)

La inductancia depende de la geometra del dispositivo.

Medida de oposicin a la variacin de corriente

Cuando la corriente va de 0 a se usa esta energa para crear el campo magntico

Cuando va de a 0 se crea una corriente en el circuito producida por el campo magntico


= =

=

=BA

=

=

Un flujo magntico variable, crea una fem (voltaje) inducida (ley de Faraday)

=

=

i

=

i

=

=2

=2

Histresis

Suponga un ncleo desmagnetizado

Si se incrementa suavemente la corriente de 0 a 1 aumenta la intensidad hasta 1 y tambin

Si se decrementa la corriente hasta 0 se el ncleo retiene una densidad de flujo

Si se sigue decrementa i en este sentido se elimina este residuo

Si se incrementa nuevamente la corriente hasta 1 se nota que la curva no se cierra.

Sin embargo al repetir muchas veces esta operacin el ciclo casi se cierra


Histresis (Curva de magnetizacin)

Ciclo de histresis

Es una relacin no lineal

Los ncleos se magnetizan y se quedan en este estado a pesar de que la corriente sea cero

El nivel de magnetizacin es logrado variando la amplitud de la corriente.


Aleaciones especiales (ncleos Deltamax)

Niquel-Hierro

Para valores < la intensidad es poca y la corriente pequea

Para valores > la intensidad aumenta y la corriente aumentasignificativamente

Interruptor de corriente


Histresis

Utilizando este tipo de fenmenos se pueden construir materiales magnticos permanentes con las caractersticas deseadas.


Prdidas del ncleo

Por histresis: En los ciclos de histresis hay una transformacin de energa

De la fuente al ncleo y del ncleo a la fuente

No toda la energa retorna a la fuente

Sino que esta se va perdiendo en forma de calor dentro del ncleo

Corriente de Eddy: Cuando el flujo magntico cambia rpidamente se genera una corriente en el ncleo

Dependiendo de la resistencia del material este se disipa en forma de calor 2.

Para eliminar esto necesitamos

Aumentar la resistencia del material

Laminar el material del ncleo y aislar cada lmina


Excitacin por corriente alterna


Flujo variable Ley de Faraday Voltaje pico a pico inducido

Corriente de excitacin

Si un voltaje variable es conectado al devanado, se genera una pequea corriente por el devanado que se denomina corriente de excitacin

Esta produce un flujo magntico variable


Conclusiones


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