¿Qué es un circuito magnético y dónde se usa?

Dos raíces compuestas "imán" y "conductor" conectadas por la letra "o" determinan el propósito de este dispositivo eléctrico, creado para transmitir de manera confiable el flujo magnético a través de un conductor especial con pérdidas mínimas o en algunos casos ciertas.

La industria eléctrica utiliza ampliamente la interdependencia de la energía eléctrica y magnética, su transición de un estado a otro. Muchos transformadores, estranguladores, contactores, relés, arrancadores, motores eléctricos, generadores y otros dispositivos similares funcionan según este principio.

Su diseño incluye un circuito magnético que transmite un flujo magnético excitado por el paso de la corriente eléctrica para convertir aún más la energía eléctrica. Es uno de los componentes del sistema magnético de los dispositivos eléctricos.

Núcleo magnético de un producto (dispositivo) eléctrico (guía de flujo de bobina) — un sistema magnético de un producto (dispositivo) eléctrico o un conjunto de varias de sus partes en forma de una unidad estructural separada (GOST 18311-80).

¿De qué está hecho el núcleo magnético?

Características magnéticas

Las sustancias que se incluyen en su diseño pueden tener diferentes propiedades magnéticas. Se suelen clasificar en 2 tipos:

1. débilmente magnético;

2. altamente magnético.

Para distinguirlos, se utiliza el término «Permeabilidad magnética µ», que determina la dependencia de la inducción magnética creada B (fuerza) en el valor de la fuerza aplicada H.

El gráfico anterior muestra que los ferromagnetos tienen fuertes propiedades magnéticas, mientras que son débiles en paramagnetos y diamagnetos.

Sin embargo, la inducción de ferromagnetos con un mayor aumento de voltaje comienza a disminuir, teniendo un punto pronunciado con un valor máximo que caracteriza el momento de saturación de la sustancia. Se utiliza en el cálculo y operación de circuitos magnéticos.

Después de la terminación de la acción del voltaje, una parte de las propiedades magnéticas permanece con la sustancia, y si se le aplica un campo opuesto, una parte de su energía se gastará en superar esta fracción.

Por lo tanto, en los circuitos de campo electromagnético alterno hay un retraso de inducción de la fuerza aplicada. Una dependencia similar de la magnetización de la sustancia de los ferromagnetos se caracteriza por un gráfico llamado histéresis.

En él, los puntos Hk muestran el ancho del contorno que caracteriza el magnetismo residual (fuerza coercitiva). Según su tamaño, los ferroimanes se dividen en dos categorías:

1. suave, caracterizado por un lazo estrecho;

2. duro, con alta fuerza coercitiva.

La primera categoría incluye aleaciones blandas de hierro y pérmola. Se utilizan para fabricar núcleos para transformadores, motores eléctricos y alternadores porque crean un gasto de energía mínimo para revertir la magnetización.

Los ferroimanes duros hechos de aceros al carbono y aleaciones especiales se utilizan en varios diseños de imanes permanentes.

Al elegir un material para un circuito magnético, las pérdidas se tienen en cuenta para:

• histéresis;

• corrientes de Foucault generadas por la acción de la EMF inducida por el flujo magnético;

• consecuencia debido a la viscosidad magnética.

Materiales (editar)

Características de las aleaciones

Para los diseños de circuitos magnéticos de CA, se producen calidades especiales de chapa o acero de pared delgada enrollado con diversos grados de adiciones de aleación, que se producen mediante laminación en frío o en caliente. Además, el acero laminado en frío es más caro pero tiene menos pérdidas por inducción.

Las láminas y bobinas de acero se mecanizan en placas o tiras. Están cubiertos con una capa de barniz para protección y aislamiento. La cobertura de doble cara es más confiable.

Para relés, arrancadores y contactores que funcionan en circuitos de CC, los núcleos magnéticos se moldean en bloques sólidos.

circuitos de CA

Núcleos magnéticos de transformadores.

Dispositivos monofásicos

Entre ellos, dos tipos de circuitos magnéticos son comunes:

1. palo;

2. Blindado.

El primer tipo está hecho con dos varillas, en cada una de las cuales se colocan por separado dos bobinas con bobinas de alto o bajo voltaje. Si se coloca una bobina de BT y BT en la barra, se producen grandes flujos de disipación de energía y aumenta el componente de reactancia.

El flujo magnético que pasa a través de las varillas está cerrado por el yugo superior e inferior.

El tipo blindado tiene una varilla con bobinas y yugos desde los cuales el flujo magnético se divide en dos mitades. Por lo tanto, su área es el doble de la sección transversal del yugo.Tales estructuras se encuentran más a menudo en transformadores de baja potencia, donde no se crean grandes cargas térmicas en la estructura.

Los transformadores de potencia requieren una gran superficie de enfriamiento con devanados debido a la conversión de cargas más altas. El esquema consolidado es más adecuado para ellos.

Dispositivos trifásicos

Para ellos se pueden utilizar tres circuitos magnéticos monofásicos situados a un tercio de la circunferencia, o recoger bobinas de hierro común en sus jaulas.

Si consideramos un circuito magnético común de tres estructuras idénticas ubicadas en un ángulo de 120 grados, como se muestra en la esquina superior izquierda de la imagen, entonces dentro de la barra central el flujo magnético total será equilibrado e igual a cero.

En la práctica, sin embargo, se usa con mayor frecuencia un diseño simplificado ubicado en el mismo plano, cuando tres devanados diferentes están ubicados en una varilla separada. En este método, el flujo magnético de las bobinas finales pasa a través de los anillos grandes y pequeños, y desde el medio, a través de dos anillos adyacentes. Debido a la formación de una distribución desigual de distancias, se crea un cierto desequilibrio de resistencias magnéticas.

Impone restricciones separadas en los cálculos de diseño y algunos modos de operación, especialmente en ralentí. Pero, en general, este esquema del circuito magnético se usa ampliamente en la práctica.

Los circuitos magnéticos que se muestran en las fotos de arriba están hechos de placas y las bobinas se colocan en las varillas ensambladas. Esta tecnología se utiliza en fábricas automatizadas con un gran parque de maquinaria.

En las industrias pequeñas, la tecnología de ensamblaje manual se puede utilizar debido a los espacios en blanco de la cinta, cuando una bobina se fabrica inicialmente con un cable enrollado y luego se instala un circuito magnético a su alrededor a partir de una cinta de hierro transformador con vueltas sucesivas.

Dichos circuitos magnéticos retorcidos también se crean según el tipo de barra y blindado.

Para la tecnología de bandas, el espesor permitido del material es de 0,2 o 0,35 mm, y para la instalación con placas, se puede elegir 0,35 o 0,5 o incluso más. Esto se debe a la necesidad de enrollar bien la cinta entre las capas, lo que es difícil de hacer manualmente cuando se trabaja con materiales gruesos.

Si, al enrollar la cinta en un carrete, su longitud no es suficiente, entonces se le permite unir una extensión y presionarla de manera confiable con una nueva capa. Del mismo modo, las placas de varillas y yugos se ensamblan en circuitos magnéticos laminares, en todos estos casos las uniones deben realizarse con dimensiones mínimas, ya que afectan la reluctancia total y la pérdida de energía en general.

Para un trabajo preciso, se intenta evitar la creación de tales juntas, y cuando es imposible excluirlas, se utiliza el pulido de bordes, logrando un ajuste perfecto del metal.

Al ensamblar manualmente una estructura, es bastante difícil orientar con precisión las placas entre sí. Por lo tanto, se perforaron agujeros en ellos y se insertaron pasadores, lo que aseguró un buen centrado. Pero este método reduce ligeramente el área del circuito magnético, distorsiona el paso de las líneas de fuerza y ​​la resistencia magnética en general.

Las grandes empresas automatizadas que se especializan en la producción de núcleos magnéticos para transformadores de precisión, relés y arrancadores han abandonado los orificios perforados dentro de las placas y utilizan otras tecnologías de ensamblaje.

Construcciones revestidas y frontales

Los núcleos magnéticos creados sobre la base de placas se pueden ensamblar preparando por separado las barras de yugo y luego montando bobinas con bobinas, como se muestra en la foto.

A la derecha se muestra un diagrama simplificado de ensamblaje a tope. Puede tener un serio inconveniente — "fuego en acero", que se caracteriza por la apariencia corrientes de Foucault en el núcleo al valor crítico como se muestra en la imagen de abajo a la izquierda con una línea roja ondulada. Esto crea una emergencia.

Este defecto se elimina con una capa aislante, lo que afecta significativamente el aumento del flujo magnetizante. Y estas son pérdidas innecesarias de energía.

En algunos casos, es necesario aumentar esta brecha para aumentar la reactividad. Esta técnica se utiliza en inductores y estranguladores.

Por las razones enumeradas anteriormente, el esquema de ensamblaje frontal se utiliza en estructuras no críticas. Para un funcionamiento preciso del circuito magnético, se utiliza una placa laminada.

Su principio se basa en una distribución clara de las capas y la creación de espacios iguales en la varilla y el yugo de tal manera que durante el montaje todas las cavidades creadas se rellenan con juntas mínimas. En este caso, las placas de la varilla y el yugo se entrelazan entre sí, formando una estructura fuerte y rígida.

La foto anterior muestra un método laminado para conectar placas rectangulares.Sin embargo, las estructuras inclinadas, generalmente creadas a 45 grados, tienen menores pérdidas de energía magnética. Se utilizan en potentes circuitos magnéticos de transformadores de potencia.

La foto muestra el montaje de varias placas inclinadas con descarga parcial de la estructura general.

Incluso con este método, es necesario controlar la calidad de las superficies de apoyo y la ausencia de espacios inaceptables en ellas.

El método de uso de placas inclinadas garantiza pérdidas mínimas de flujo magnético en las esquinas del circuito magnético, pero complica significativamente el proceso de producción y la tecnología de montaje. Debido a la mayor complejidad del trabajo, se usa muy raramente.

El método de ensamblaje laminado es más confiable. El diseño es robusto, requiere menos piezas y se ensambla utilizando un método preparado previamente.

Con este método, se crea una estructura común a partir de las placas. Después del montaje completo del circuito magnético, es necesario instalar la bobina en él.

Para hacer esto, es necesario desmontar el yugo superior ya ensamblado, retirando sucesivamente todas sus placas. Para eliminar una operación tan innecesaria, se desarrolló la tecnología de ensamblar un circuito magnético directamente dentro de los devanados preparados con bobinas.

Modelos simplificados de estructuras laminadas

Los transformadores de baja potencia a menudo no requieren un control magnético preciso. Para ellos, los espacios en blanco se crean utilizando métodos de estampado de acuerdo con las plantillas preparadas, seguido de un recubrimiento con barniz aislante y, con mayor frecuencia, en un lado.

El conjunto del circuito magnético izquierdo se crea insertando espacios en blanco en las bobinas arriba y abajo, y el derecho le permite doblar e insertar la varilla central en el orificio interior de la bobina. En estos métodos, se forma un pequeño espacio de aire entre las placas de soporte.

Después de ensamblar el conjunto, los sujetadores presionan firmemente las placas. Para reducir las corrientes de Foucault con pérdidas magnéticas, se les aplica una capa de aislamiento.

Características de los circuitos magnéticos de relés, arrancadores.

Los principios de crear un camino para el paso del flujo magnético siguieron siendo los mismos. Solo el circuito magnético se divide en dos partes:

1. móvil;

2. permanentemente fijo.

Cuando se produce un flujo magnético, la armadura móvil, junto con los contactos fijados en ella, son atraídos por el principio de un electroimán, y cuando desaparece, vuelve a su estado original bajo la acción de resortes mecánicos.

Cortocircuito

La corriente alterna cambia constantemente en magnitud y amplitud. Estos cambios se transmiten al flujo magnético ya la parte móvil de la armadura, que puede zumbar y vibrar. Para eliminar este fenómeno, se separa el circuito magnético introduciendo un cortocircuito.

En él se forma una bifurcación del flujo magnético y un desfase de una de sus partes. Luego, al cruzar el punto cero de una rama, una fuerza que evita la vibración actúa en la segunda, y viceversa.

Núcleos magnéticos para dispositivos de CC

En estos circuitos, no hay necesidad de lidiar con los efectos nocivos de las corrientes de Foucault, que se manifiestan en oscilaciones sinusoidales armónicas.Para los núcleos magnéticos no se utilizan conjuntos de placas delgadas, sino que se fabrican con piezas rectangulares o redondeadas por el método de fundición de una sola pieza.

En este caso, el núcleo en el que se monta la bobina es redondo y la carcasa y el yugo son rectangulares.

Para reducir la fuerza de tracción inicial, el espacio de aire entre las partes separadas del circuito magnético es pequeño.

Circuitos magnéticos de máquinas eléctricas.

La presencia de un rotor móvil que gira en el campo del estator requiere características especiales diseños de motores eléctricos y generadores. En su interior, es necesario disponer las bobinas por las que circula la corriente eléctrica, de modo que se aseguren las dimensiones mínimas.

Para este propósito, se hacen cavidades para colocar cables directamente en los circuitos magnéticos. Para hacer esto, inmediatamente al estampar las placas, se crean canales en ellas, que después del ensamblaje son líneas listas para las bobinas.

Así, el circuito magnético es parte integral de muchos dispositivos eléctricos y sirve para transmitir flujo magnético.