Métodos para calcular campos magnéticos
Hay muchos tipos de tareas para calcular campos magnéticos. Además de las tareas de determinación de la inductancia de circuitos que operan en un campo magnético, también existen tareas de cálculo de campos magnéticos en estructuras ferromagnéticas complejas, tareas de distribución de corrientes en un determinado volumen para obtener un campo magnético con una determinada intensidad, etc.
Los métodos para calcular campos magnéticos se pueden dividir en analíticos, gráficos y experimentales Los métodos para calcular campos magnéticos se pueden dividir en analíticos, gráficos y experimentales Los métodos para calcular campos magnéticos se pueden dividir en:
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analítico;
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gráfico;
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experimental.
Los métodos analíticos utilizan la integración de las ecuaciones de Poisson (para áreas donde fluye corriente), integración de niveles de Laplace (para áreas no ocupadas por corrientes), el método de imágenes especulares, etc. En el caso de simetría esférica o cilíndrica, se utilizan las fórmulas de las leyes generales de funcionamiento.
En presencia de medios magnetizados, los problemas se pueden resolver utilizando potenciales magnéticos escalares y vectoriales. Si las corrientes libres están fuera del volumen que nos interesa, lo mejor es resolver el problema usando potenciales escalares. En este caso, las condiciones de contorno se expresan mediante un potencial escalar.
Para calcular el campo magnético en un medio ferromagnético continuo se utiliza un método basado en la similitud de las ecuaciones del campo magnético con las ecuaciones de corriente continua en un medio conductor. Sin embargo, el método es válido bajo las mismas condiciones de contorno, lo que no suele ser el caso.
De hecho, mientras que la conductividad eléctrica del espacio alrededor de los cables es cero, no hay aisladores para el flujo magnético y la fuga de flujo paralelo a los elementos individuales puede ser significativa. Cuanto mayor sea la permeabilidad magnética del circuito magnético, menos errores se obtienen.
A pesar de la convergencia de los resultados, la representación de la trayectoria del flujo en forma de circuito magnético es la base del diseño de máquinas y equipos eléctricos, ya que permite realizar cálculos en los casos en que la solución del problema por métodos generales es practicamente imposible.
La dependencia no lineal de la permeabilidad magnética de la intensidad del campo introduce una complicación en los cálculos en presencia de sustancias ferromagnéticas. Si se conoce esta dependencia, entonces el problema se resuelve por el método de aproximaciones sucesivas.
Primero, se encuentra una solución suponiendo que el valor de la permeabilidad es constante.Luego, después de determinar la permeabilidad en varios puntos del circuito magnético, se resuelve nuevamente el problema, teniendo en cuenta las correcciones para el valor de la permeabilidad magnética. El cálculo se repite hasta que se obtienen las desviaciones permisibles de los valores de la intensidad del campo magnético o la inducción magnética de los especificados.
Los métodos analíticos, debido a las dificultades de carácter matemático, permiten resolver un conjunto muy pequeño de problemas. En los casos en que sea difícil calcular el campo por métodos analíticos, recurra a la construcción gráfica de la imagen del campo. Este método se puede utilizar para calcular campos de rotación bidimensionales.
En casos muy difíciles, especialmente con campos espaciales, recurren a un estudio experimental del campo, que consiste en determinar la inducción en puntos individuales del campo por uno de los métodos de medición de esta cantidad.
También se utiliza una simulación que utiliza campos de corriente en un medio conductor.Esta simulación se basa en la analogía entre un campo en un medio conductor y un campo magnético de remolino.
El estudio cualitativo más simple del campo magnético se realiza determinando el patrón de campo utilizando virutas de acero fundidas en una lámina plana de material no ferromagnético, o utilizando polvos de óxido de hierro suspendidos en un líquido como el queroseno. Este último método es muy utilizado para la detección magnética de defectos en productos de acero.
En el futuro, en el sitio «Útil para un electricista», consideraremos varias tareas típicas para calcular campos magnéticos: calcular el campo de una bola electromagnética en un campo magnético uniforme en el vacío (en el aire), un método para usar el método de imágenes especulares para el cálculo de campos magnéticos, ejemplos con cálculos de varios circuitos magnéticos.
Ver también:
¿Para qué sirve el cálculo de circuitos magnéticos?
Campo magnético de la bobina portadora de corriente.