Fujo magnético e inducción magnética.

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Fujo magnético e inducción magnética.

Mensaje  Rebollin el Dom Mar 01, 2009 6:18 pm

La inducción en el caso del neodimio anda por los 1.1-1.3 Teslas
La inducción en el caso de la ferrita anda por los 0.35-0.4 Teslas


El flujo magnético (fi) siempre circula peor por el aire que por materiales ferromagnéticos ya que la permeabilidad de estos últimos es mucho mayor que la del aire, aunque existe un pequeño flujo de dispersión que no vamos a considerar.

La f.e.m. inducida depende de la variación del flujo con respecto al tiempo y de la inductancia del devanado, el flujo es el concatenado por la bobina, circula por su núcleo magnético, y es el producto de la inducción por la superficie. (Un Tesla por metro cuadrado nos da un Weber)

La ecuación es e= L*d(fi)/dt o
e= 4,44*N*fi*f (y un factor de forma que despreciamos)
N=número de espiras
fi=flujo magnético en Weber
f=frecuencia en Hz

La inducción creada por el campo excitador es B=mu(subcero)*N*I/entrehierro (en metros) y se mide en teslas

mu(subcero) es una constante que vale 4*pi*10 elevado a -7

N el número de espiras de la bobina excitadora e I la corriente (Amperaje) en la misma.

La reluctancia del circuito magnético se desprecia porque es muy pequeña frente a la que presenta el entrehierro.

La inducción máxima que se puede obtener es del orden de 2 Teslas con aceros de muy buena calidad, lo normal está entre 0.6 y 1,4 Teslas.

Empecemos por los devanados, en las máquinas de corriente alterna, se usa el número total de espiras, ya que van en serie y su f.e.m. total es la suma de todas ellas. (f.e.m.=fuerza electro-motriz y se mide en voltios)

Si se usan bobinas sin núcleo ferromagnético, la inducción y por lo tanto el flujo serán extremadamente bajos, dada la baja permeabilidad del aire.

Piensa que la permeabilidad relativa del aire es 1, y la del acero magnético no saturado anda entre 2500 y 3500, luego un milimetro de aire equivale a un circuito magnético en el que el flujo recorra entre 2,5 y 3,5 metros.

La ley de Hokpinson (creo que se escribe así, hace treinta años que no lo escribo) establece que el flujo en un circuito magnético depende de la fuerza magnetomotriz (amperios-vuelta de excitación) dividida por la suma de reluctancias, en el caso de que uses imanes permanentes según su composición y grado te darán una inducción en Teslas, esa inducción disminuye con la reluctancia del entrehierro que deberás hacer lo menor posible, las máquinas eléctricas trabajan con entrehierros menores de 1 mm.


Ejemplos de motores rebobinados:

Si buscas un motor en un desguace que tenga 36 ranuras, que son bastante habituales, eliminas el bobinado viejo y construyes 36 bobinas de paso una ranura, tienes una máquina monofásica que tiene una velocidad síncrona de 166.66 rpm.

Si consigues uno de más ranuras, un antiguo trifásico con 72 ranuras, puedes construir 72 bobinas y generar a partir de unas 85 rpm, como tendrá bastante deslizamiento la máxima potencia te la daría sobre las 95 rpm.


Cualquier máquina que trabaje a bajas revoluciones tiene que ser por fuerza una máquina muy multipolar, la f.e.m. generada depende del flujo magnético y de la velocidad, la única forma de aumentar la velocidad es aumentar el número de polos para que la relación grados eléctricos/grados geometricos sea la menor posible.



Los imanes permanentes siempre originan una maquina síncrona, luego si deseamos 50 Hz tenemos que rectificar y posteriormente ondular.

La maquina síncrona tiene que girar a velocidad exacta o si no rectificar y ondular.

El flujo magnético se establece por un circuito que presenta diferentes tramos y diferentes resistencias al paso de las lineas de fuerza en función inversa de la permeabilidad de los mismos.

Pongo un símil eléctrico, la excitación magnética o fuerza magnetomotriz equivale a una tensión aplicada a un circuito donde el flujo sería la corriente y la reluctancia la resistencia,

Se trata de la denominada ley de Ohm magnética, para una misma excitación magnética, tanto de imanes permanente como de electroimanes, da lo mismo, el flujo será mayor o menor dependiendo de la resistencia (reluctancia) que el circuito oponga a su paso.

El hierro tiene una permeabilidad media no saturado sobre 2300, el aire de 1.

Volviendo al símil eléctrico eso significa que si decimos que 1cm de camino del flujo por el hierro por ejemplo supone 1 ohmio, un cm de camino del flujo por el aire supondría 2K3 ohmios, sigo con el símil, supongamos dos circuitos ambos con 100 voltios y con 100 cm de camino de las líneas de fuerza, en uno de ellos existe un entrehierro de 1mm que equivaldría a 230 ohmios a los que habría que sumar los 99.9 ohmios del hierro, en total 329.9 ohmios por lo que circularían 303 mA.

En el otro circuito con idénticas condiciones supone una ausencia de hierro pongamos de 1cm que se corresponde con núcleo inexistente de la bobina, la resistencia sería de 99 + 2300 = 2399 ohmios que nos darían 41 mA.

Esto significa que tenemos un flujo 7,39 veces menor y estamos desaprovechando totalmente la excitación magnética.

Si ha una determinada velocidad la bobina sin núcleo genera 10 V, la bobina con núcleo a la misma velocidad generaría 73,9 V.

En el caso de la eólica, lo que cuenta es la fuerza o potencia del viento y lo que un generador pierde en eficiencia por no tener núcleo, lo puede ganar en gran parte por su menor resistencia al giro, lo que se traduce en mas rpm para una misma poténcia del viento (siempre tendrá el generador menor eficiencia pero podemos acercarnos bastante dado que aprovechará mejor los vientos flojos que suman muchas mas horas anuales que los fuertes, por lo que la media generada de electricidad, puede llegar a ser mayor en los generadores sin núcleo.)

No olvidemos que la potencia es igual al producto de dos pi por el par y por las revoluciones. (bajamos el par y subimos las rpm)

Una turbina de eje horizontal, bipala o tripala, luego de bajo par de arranque que es un factor a considerar y explico por que.

La polémica del núcleo de las bobinas surgió casi seguramente de que algunos experimentadores al utilizar imanes de Nd comprobaron que la máquina no arrancaba fácilmente. Por ello experimentando comprobaron que si se eliminaba el núcleo la maquina arrancaba mejor y cogía velocidad.

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