Circuito magnetico

Un circuito magnético es un circuito generalmente hecho de material ferromagnético a través del cual fluye un flujo de campo magnético.

El campo magnético generalmente se crea por devanados que encierran el circuito magnético y atravesado por corrientes, o por imanes contenidos en el circuito magnético.

Cuando varios circuitos eléctricos se enrollan alrededor del mismo circuito magnético, constituyen circuitos acoplados magnéticamente .

Constitución, fabricación

Consiste en un conjunto de piezas fabricadas con materiales ferromagnéticos. Puede incluir un espacio de aire : pequeño espacio de aire en el circuito.

Esta brecha puede ser:

estructural: este es el caso de las máquinas rotativas donde el rotor está separado del estator por un espacio de aire que se desea lo más pequeño posible;
intencional: permite evitar la saturación del circuito magnético y da mayor linealidad a la inductancia así creada.

Circuito magnético sometido a un campo magnético permanente.

Si el campo magnético es constante en el tiempo, las pérdidas magnéticas: pérdidas por corrientes parásitas y pérdidas por histéresis son inexistentes. Por lo tanto, el circuito magnético a menudo está hecho de hierro dulce sólido o acero fundido: los materiales y métodos de fabricación más económicos.

Circuito magnético sometido a un campo magnético periódico de baja frecuencia.

En este caso, es necesario limitar las pérdidas magnéticas.

Las pérdidas por histéresis están limitadas por el uso de materiales de ciclo estrecho .
Las pérdidas por corrientes de Foucault están limitadas por una laminación del circuito magnético: para reemplazar una parte sólida, procedemos con una pila de láminas aisladas entre sí. El propósito del aislamiento es evitar el flujo de corrientes de una placa a otra.

Circuito magnético sometido a un campo magnético periódico de alta frecuencia.

Las pérdidas por corrientes de Foucault aumentan en función del cuadrado de la frecuencia. Los circuitos magnéticos utilizados a alta frecuencia deben fabricarse con materiales ferromagnéticos aislantes.

Las ferritas son óxidos mixtos de hierro III y otros metales divalentes M (M puede ser hierro. En este caso, la ferrita resultante se llama magnetita). Las más utilizadas para la constitución de circuitos magnéticos son las ferritas a base de zinc (Zn) y / o manganeso (Mn).
Los materiales nanocristalinos son cristales de aglomerados cuyo tamaño es del orden de diez nanómetros incrustados en una fase amorfa. Están formados por hierro, otros metales (cobre, niobio) y metaloides (carbono, silicio, boro). Siendo sus excitaciones coercitivas muy débiles, del orden de A / m, presentan un ciclo de histéresis muy estrecho.

Analogía de Hopkinson

Principios

Esta analogía consiste en trazar un paralelo entre circuitos eléctricos y circuitos magnéticos.

Circuitos eléctricos	Circuitos magneticos
Intensidad de corriente eléctrica $I \,$	Flujo de campo magnético en el circuito $\ varphi \,$
Resistencia $R \,$	Reluctancia ${\ mathcal {R}} \,$
Permitividad $\ epsilon \,$	Permeabilidad $\ mu \,$
Fuerza electromotriz $E \,$	Fuerza magnetomotriz o ${\ mathcal {F}} \,$ $\ sum nI \,$
Ley de pouillet $\ sum _ {{i}} E _ {{i}} = \ sum _ {{i}} (R _ {{i}} \ cdot I) \,$	Ley de Hopkinson $\ sum _ {{i}} {\ mathcal {F}} _ {i} = \ sum _ {{i}} ({\ mathcal {R}} _ {i} \ cdot \ varphi) \,$

Renuencia a un circuito magnético

Renuencia de un circuito magnético homogéneo

Para un circuito magnético homogéneo, es decir constituido por un solo material y de sección homogénea, existe una relación que permite calcular su reticencia según el material que lo constituye y sus dimensiones:

{\ mathcal {R}} = {\ frac {1} {\ mu}} \ cdot {\ frac lS} \,

en H −1

$\ mu \,$ siendo la permeabilidad magnética en kg m A −2 s −2 ,
$allí,$ la longitud en metros ,
$S \,$ la sección en m 2 .

Renuencia equivalente a un entrehierro

La desgana de un espacio de aire delgado viene dada por

{\ mathcal {R}} = {\ frac {e} {\ mu _ {0} \ cdot S}} \,

, con :

$e \,$ espesor del espacio de aire,
$\ mu _ {0} \,$ permeabilidad al vacío
$S \,$ sección de espacio de aire

Si el grosor del entrehierro es grande, ya no es posible considerar que las líneas del campo magnético permanezcan perpendiculares al entrehierro. Entonces debemos tener en cuenta la expansión del campo magnético, es decir considerar que la sección S es mayor que la de las partes metálicas a ambos lados del entrehierro.

Renuencia de un circuito heterogéneo

Las leyes de asociación de las reticencias permiten calcular el de un circuito magnético de forma compleja o compuesto por materiales con diferentes características magnéticas. Este circuito se desglosa en un tramo homogéneo, es decir del mismo tramo y del mismo material.

Asociación en serie: Cuando dos secciones homogéneas que tienen respectivamente para desgana y se suceden, la desgana del conjunto es ${\ mathcal {R}} _ {1}$ ${\ mathcal {R}} _ {2}$ ${\ mathcal {R}} _ {{eq.serie}} = {\ mathcal {R}} _ {1} + {\ mathcal {R}} _ {2}$

Asociación en paralelo: Cuando dos secciones homogéneas que tienen respectivamente para desgana y se colocan una al lado de la otra, la desgana del conjunto es tal que , ya sea de nuevo . ${\ mathcal {R}} _ {1}$ ${\ mathcal {R}} _ {2}$ ${\ mathcal {R}} _ {{eq.//}}$ ${\ frac {1} {{\ mathcal {R}} _ {{eq.//************************** { 1} {{\ mathcal {R}} _ {1}}} + {\ frac {1} {{\ mathcal {R}} _ {2}}}$ ${\ mathcal {R}} _ {{eq.//********************** {{\ mathcal {R}} _ {1}. { \ mathcal {R}} _ {2}} {{\ mathcal {R}} _ {1} + {\ mathcal {R}} _ {2}}}$