Circuitos magnéticos: principios y métodos de cálculo

2. Circuitos magnéticos: principios y métodos de cálculo
Según sea su comportamiento, en presencia de una excitación magnética, los cuerpos se clasifican en:
Ferromagnéticas.- Su permeabilidad relativa µr, que es bastante superior a la unidad, oscila entre el valor de 100 y el de 200000.
Como ejemplo podemos citar:
Cobalto
Níquel
Hierro puro
Acero
Fundición gris
Permalloy*
150
300
60000
1000 / 30000
80 / 1000
4000 (50% Ni), 75000 (78% Ni)
* aleación compuesta, principalmente, de hierro y níquel
Una cualidad determinante de este tipo de sustancias es que son fuertemente atraídas por el imán.
La gran permeabilidad de estas sustancias hace que su presencia origine un notable acrecentamiento del flujo
magnético en los lugares ocupados por estos materiales. Su utilización es frecuente en los núcleos de
electroimanes (inductores de generadores y de motores, electroimanes de fuerza) y en todo tipo de máquinas
eléctricas (transformadores, reactancias), así como en algunos tipos de pantallas magnéticas.
Paramagnéticas.-
La permeabilidad relativa, µr, es ligeramente superior a la unidad, siendo atraídas muy débilmente por el
imán. Entre las sustancias paramagnéticas se pueden citar: aluminio, estaño, magnesio, manganeso, oxígeno y
platino. El aire posee una permeabilidad relativa, prácticamente igual a la unidad.
Diamagnéticas.-
En estas sustancias, la permeabilidad relativa es inferior a
la unidad y son repelidas por el imán, esta repulsión en las
sustancias conocidas hasta ahora es débil. Los cuerpos que
poseen esta propiedad son: azufre, agua, cloro, cobre, plata,
etc. El bismuto y el antimonio presentan propiedades
diamagnéticas notables.
El cálculo de los campos y estados magnéticos en espacios ocupados, total o
parcialmente, por sustancias ferromagnéticas es, a menudo, complicado ya que el
valor de la permeabilidad absoluta, µ, depende de la intensidad de campo, H, y no
con una dependencia que se pueda expresar por una fórmula matemática. Como
consecuencia de ello, la inducción magnética, B, varía de forma no proporcional a
H; es decir, la relación
B
= µr
µ 0H
B = µH
no es una relación constante.
Fig. 11.12
La práctica usual cuando se trabaja con bobinas que tengan sustancias
ferromagnéticas en su núcleo, es la de utilizar las llamadas curvas de inducción,
curvas de imanación o curvas de magnetización que expresan, gráficamente, la
relación existente entre la inducción magnética, B, y la intensidad de campo, H (fig.
11.12).
La permeabilidad magnética de las sustancias ferromagnéticas depende,
principalmente, de la intensidad de campo magnético, H, pero también le afectan:
• La composición química del material (más bien, metalúrgica).
• Los procesos térmicos y mecánicos que haya sufrido el núcleo, durante la
fabricación.
• La temperatura a la que se encuentre el material en el momento de la
excitación magnética.
También influyen (muchas veces, de manera considerable) las dimensiones y la
forma del núcleo.
Fig. 11.13
Si, una vez alcanzado un cierto valor de la inducción, B, para una determinada
excitación, H, fig. 11.13, se hace disminuir esta excitación hasta el valor nulo (H = 0), los valores de la inducción no se corresponden
con los obtenidos con la curva de imantación inicial. Es más, cuando se desciende a un valor H = 0, aún existe un valor para la
inducción, Br, llamado inducción remanente, que en muchas ocasiones tiene un valor muy considerable.
Si, seguidamente, se aumenta el campo, pero haciendo pasar por la bobina del electroimán una corriente en sentido contrario al
anterior hasta un valor Hc para el cual desaparezca la inducción (B = 0), consiguiendo con ello desimantar el núcleo. Al valor de Hc se
le denomina campo coercitivo o fuerza coercitiva.
Aumentamos la intensidad de campo, H, hasta llegar a un valor igual al que obtuvimos
antes, para la inducción, B, pero de valor negativo. Posteriormente, disminuimos el campo,
hasta anularlo, obteniendo un valor de -Br, que es el magnetismo o inducción residual
negativa.
Cambiando, de nuevo, la polaridad de la corriente eléctrica conseguimos anular la
inducción en el punto Hc, habiendo logrado desimantar o desmagnetizar al núcleo. Si
seguimos aumentando el valor de H, conseguimos llegar al punto 1, del que habíamos
partido. A la curva obtenida se le denomina ciclo de histéresis o lazo de histéresis.
Si, con el mismo material, realizamos tres ciclos de histéresis distintos, obtenidos cuando
las intensidades de campo máximas alcanzadas son diferentes, fig. 11.14, encontramos que
la unión de estos valores máximos de los distintos ciclos nos dan la curva característica de
la inducción inicial o curva virgen.
Cuando los ciclos de histéresis son muy abiertos, los materiales se denominan, hierros,
magnéticamente duros, presentando una gran fuerza coercitiva y, en cambio, cuando los
ciclos de histéresis son muy cerrados, se llaman magnéticamente blandos, presentando
escasa fuerza coercitiva.
Fig. 11.14