bobina electromagnética

Una bobina electromagnética es un conductor eléctrico como un alambre en forma de bobina ( espiral o hélice ). ^[1]^[2] Las bobinas electromagnéticas se utilizan en ingeniería eléctrica , en aplicaciones donde las corrientes eléctricas interactúan con campos magnéticos , en dispositivos como motores eléctricos , generadores , inductores , electroimanes , transformadores , bobinas de sensores como en máquinas de imágenes por resonancia magnética médica . O se pasa una corriente eléctrica a través del cable de la bobina para generar un campo magnético o, por el contrario, un campo magnético externo variable en el tiempo a través del interior de la bobina genera un EMF ( voltaje ) en el conductor.

Una corriente a través de cualquier conductor crea un campo magnético circular alrededor del conductor debido a la ley de Ampere . ^[3] La ventaja de utilizar la forma de bobina es que aumenta la fuerza del campo magnético producido por una corriente determinada. Todos los campos magnéticos generados por las vueltas separadas de alambre pasan por el centro de la bobina y se suman ( superponen ) para producir un campo fuerte allí. ^[3] Cuanto mayor es el número de vueltas del cable, más fuerte es el campo producido. Por el contrario, un flujo magnético externo cambiante induce un voltaje en un conductor como un cable, debido a la ley de inducción de Faraday . ^[3]^[4] El voltaje inducido se puede aumentar enrollando el cable en una bobina porque las líneas de campo cruzan el circuito varias veces. ^[3]

La dirección del campo magnético producido por una bobina se puede determinar mediante la regla de agarre de la mano derecha . Si los dedos de la mano derecha se envuelven alrededor del núcleo magnético de una bobina en la dirección de la corriente convencional a través del cable, el pulgar apuntará en la dirección en la que las líneas del campo magnético pasan a través de la bobina. El extremo de un núcleo magnético del que emergen las líneas de campo se define como el polo norte.

Hay muchos tipos diferentes de bobinas que se utilizan en equipos eléctricos y electrónicos.

Devanados y grifos

Diagrama de configuraciones típicas de transformadores.

El alambre o conductor que constituye la bobina se llama devanado . ^[5] El agujero en el centro de la bobina se llama área del núcleo o eje magnético . ^[6] Cada bucle de alambre se llama vuelta . ^[2] En devanados en los que las espiras se tocan, el cable debe aislarse con una capa de aislamiento no conductor , como plástico o esmalte, para evitar que la corriente pase entre las espiras del cable. El devanado a menudo se envuelve alrededor de una forma de bobina hecha de plástico u otro material para mantenerlo en su lugar. ^[2] Los extremos del cable se sacan y se conectan a un circuito externo. Los devanados pueden tener conexiones eléctricas adicionales a lo largo de su longitud; estos se llaman grifos . ^[7] Un devanado que tiene una sola derivación en el centro de su longitud se llama derivación central . ^[8]

Las bobinas pueden tener más de un devanado, aislados eléctricamente entre sí. Cuando hay dos o más devanados alrededor de un eje magnético común, se dice que los devanados están acoplados inductivamente o acoplados magnéticamente . ^[9] Una corriente variable en el tiempo a través de un devanado creará un campo magnético variable en el tiempo que pasa a través del otro devanado, lo que inducirá un voltaje variable en el tiempo en los otros devanados. Esto se llama transformador . ^[10] El devanado al que se aplica la corriente, que crea el campo magnético, se llama devanado primario . Los otros devanados se llaman devanados secundarios .

Núcleo magnético

Muchas bobinas electromagnéticas tienen un núcleo magnético , un trozo de material ferromagnético como el hierro en el centro para aumentar el campo magnético. ^[11] La corriente que pasa por la bobina magnetiza el hierro y el campo del material magnetizado se suma al campo producido por el cable. Esto se llama bobina de núcleo ferromagnético o de núcleo de hierro . ^[12] Un núcleo ferromagnético puede aumentar el campo magnético y la inductancia de una bobina cientos o miles de veces más de lo que sería sin el núcleo. Una bobina con núcleo de ferrita es una variedad de bobina con un núcleo hecho de ferrita , un compuesto cerámico ferrimagnético . ^[13] Las bobinas de ferrita tienen menores pérdidas en el núcleo a altas frecuencias.

Una bobina con un núcleo que forma un circuito cerrado, posiblemente con algunos espacios de aire estrechos, se llama bobina de núcleo cerrado . Al proporcionar un camino cerrado para las líneas del campo magnético, esta geometría minimiza la reluctancia magnética y produce el campo magnético más fuerte. Se utiliza frecuentemente en transformadores.
- Una forma común de bobinas de núcleo cerrado es una bobina de núcleo toroidal , en la que el núcleo tiene la forma de un toro o rosquilla, con una sección transversal circular o rectangular. Esta geometría tiene un flujo de fuga mínimo e irradia una mínima interferencia electromagnética (EMI).
Una bobina con un núcleo que es una barra recta u otra forma sin bucle se llama bobina de núcleo abierto . Tiene un campo magnético e inductancia más bajos que un núcleo cerrado, pero a menudo se usa para evitar la saturación magnética del núcleo.

Una bobina sin núcleo ferromagnético se llama bobina de núcleo de aire . ^[14] Esto incluye bobinas enrolladas en plástico u otras formas no magnéticas, así como bobinas que en realidad tienen un espacio de aire vacío dentro de sus devanados.

tipos de bobinas

Las bobinas se pueden clasificar según la frecuencia de la corriente con la que están diseñadas para funcionar:

Las bobinas o electroimanes de corriente continua o CC funcionan con una corriente continua constante en sus devanados.
Las bobinas, inductores o transformadores de audiofrecuencia o AF funcionan con corrientes alternas en el rango de audiofrecuencia , inferior a 20 kHz.
Las bobinas, inductores o transformadores de radiofrecuencia o RF funcionan con corrientes alternas en el rango de radiofrecuencia , por encima de 20 kHz.

Las bobinas se pueden clasificar según su función:

Electroimanes

Los electroimanes son bobinas que generan un campo magnético para algún uso externo, muchas veces para ejercer una fuerza mecánica sobre algo. ^[15] o eliminar campos de fondo existentes. ^[16] Algunos tipos específicos:

Solenoide : un electroimán en forma de hélice de alambre hueca y recta.
Devanados de motores y generadores: electroimanes con núcleo de hierro en el rotor o estator de motores y generadores eléctricos que actúan entre sí para hacer girar el eje (motor) o generar una corriente eléctrica (generador).
- Devanado de campo : una bobina con núcleo de hierro que genera un campo magnético constante para actuar sobre el devanado de la armadura.
- Devanado de armadura : una bobina con núcleo de hierro sobre la que actúa el campo magnético del devanado de campo para crear par (motor) o inducir un voltaje para producir energía (generador).
Bobina de Helmholtz , bobina de Maxwell : bobinas con núcleo de aire que sirven para cancelar un campo magnético externo
Bobina desmagnetizadora : bobina utilizada para desmagnetizar piezas.
Bobina móvil : bobina utilizada en un altavoz de bobina móvil , suspendida entre los polos de un imán. Cuando la señal de audio pasa a través de la bobina, ésta vibra y mueve el cono del altavoz adjunto para crear ondas sonoras. Lo contrario se utiliza en un micrófono dinámico , donde las vibraciones del sonido interceptadas por algo parecido a un diafragma se transfieren físicamente a una bobina móvil sumergida en un campo magnético, y los extremos terminales de la bobina proporcionan un análogo eléctrico de esas vibraciones.

Inductores

Los inductores o reactores son bobinas que generan un campo magnético que interactúa con la propia bobina para inducir un EMF inverso que se opone a los cambios en la corriente a través de la bobina. Los inductores se utilizan como elementos de circuito en circuitos eléctricos, para almacenar energía temporalmente o resistir cambios en la corriente. Algunos tipos:

Bobina de tanque: un inductor utilizado en un circuito sintonizado
Estrangulador : un inductor utilizado para bloquear CA de alta frecuencia y al mismo tiempo permitir el paso de CA o CC de baja frecuencia.
Bobina de carga : un inductor que se utiliza para agregar inductancia a una antena, para hacerla resonante o a un cable para evitar la distorsión de las señales.
Variómetro : un inductor ajustable que consta de dos bobinas en serie, una bobina estacionaria exterior y una segunda interior que puede girarse de modo que sus ejes magnéticos estén en la misma dirección o sean opuestos.
Transformador Flyback : aunque se le llama transformador, en realidad es un inductor que sirve para almacenar energía en fuentes de alimentación conmutadas y circuitos de desviación horizontal para televisores y monitores CRT.
Reactor saturable : un inductor con núcleo de hierro utilizado para controlar la energía de CA variando la saturación del núcleo utilizando un voltaje de control de CC en un devanado auxiliar.
Balastro inductivo : inductor utilizado en circuitos de lámparas de descarga de gas , como lámparas fluorescentes , para limitar la corriente a través de la lámpara.

transformadores

Un transformador es un dispositivo con dos o más devanados acoplados magnéticamente (o secciones de un solo devanado). Una corriente que varía con el tiempo en una bobina (llamada devanado primario ) genera un campo magnético que induce un voltaje en la otra bobina (llamada devanado secundario ). Algunos tipos:

Transformador de distribución : un transformador en una red eléctrica que transforma el alto voltaje de la línea de energía eléctrica al voltaje más bajo utilizado por los clientes de servicios públicos.
Autotransformador : un transformador con un solo devanado. Diferentes partes del devanado, a las que se accede con grifos, actúan como devanados primario y secundario del transformador.
Transformador toroidal : el núcleo tiene forma de toroide . Esta es una forma comúnmente utilizada ya que disminuye el flujo de fuga, lo que resulta en menos interferencia electromagnética.
Bobina de inducción o bobina vibratoria : uno de los primeros transformadores que utiliza un mecanismo interruptor vibratorio para interrumpir la corriente primaria para que pueda funcionar con corriente continua.
- Bobina de encendido : una bobina de inducción utilizada en motores de combustión interna para crear un pulso de alto voltaje para disparar la bujía que inicia la quema de combustible.
Balun : un transformador que une una línea de transmisión equilibrada con una desequilibrada.
Bobina bifilar : una bobina enrollada con dos hebras paralelas y poco espaciadas. Si a través de él pasan corrientes alternas en la misma dirección, los flujos magnéticos se sumarán, pero si a través de los devanados pasan corrientes iguales en direcciones opuestas, los flujos opuestos se cancelarán, lo que dará como resultado un flujo nulo en el núcleo. Por lo tanto, no se inducirá ningún voltaje en un tercer devanado del núcleo. Se utilizan en instrumentos y dispositivos como interruptores de falla a tierra . También se utilizan en resistencias bobinadas de baja inductancia para uso en frecuencias de RF.
Transformador de audio : un transformador utilizado con señales de audio . Se utilizan para igualar impedancias .
- Bobina híbrida : un transformador de audio especializado con 3 devanados que se utiliza en circuitos de telefonía para convertir entre circuitos de dos y cuatro hilos.

maquinas electricas

Las máquinas eléctricas , como motores y generadores, tienen uno o más devanados que interactúan con campos magnéticos en movimiento para convertir la energía eléctrica en energía mecánica. A menudo, una máquina tendrá un devanado por el que pasa la mayor parte de la potencia de la máquina (el "inducido" ) y un segundo devanado que proporciona el campo magnético del elemento giratorio (el "devanado de campo") que puede estar conectado mediante escobillas. o anillos colectores a una fuente externa de corriente eléctrica. En un motor de inducción , el devanado de "campo" del rotor se energiza mediante el lento movimiento relativo entre el devanado giratorio y el campo magnético giratorio producido por el devanado del estator, que induce la corriente de excitación necesaria en el rotor.

Bobinas transductoras

Se trata de bobinas que se utilizan para traducir campos magnéticos variables en el tiempo en señales eléctricas y viceversa. Algunos tipos:

Bobinas sensoras o captadoras: se utilizan para detectar campos magnéticos externos variables en el tiempo.
Sensor inductivo : una bobina que detecta cuando un imán o un objeto de hierro pasa cerca de ella.
Cabezal de grabación : bobina que se utiliza para crear un campo magnético para escribir datos en un medio de almacenamiento magnético , como una cinta magnética o un disco duro . Por el contrario, también se utiliza para leer datos en forma de campos magnéticos cambiantes en el medio.
Bobina de calentamiento por inducción : una bobina de CA que se utiliza para calentar un objeto induciendo corrientes parásitas en él, un proceso llamado calentamiento por inducción .
Antena de bucle : bobina que sirve como antena de radio para convertir ondas de radio en corrientes eléctricas.
Bobina de Rogowski : una bobina toroidal utilizada como dispositivo de medición de CA
Pastilla de instrumento musical : bobina utilizada para producir la señal de audio de salida en una guitarra eléctrica o un bajo eléctrico .
Puerta de flujo : una bobina sensora utilizada en un magnetómetro.
Cartucho de fonógrafo magnético : un sensor en un tocadiscos que utiliza una bobina para traducir la vibración de una aguja en una señal de audio al reproducir discos de fonógrafo de vinilo .

También existen tipos de bobinas que no encajan en estas categorías.

Tecnología de bobinado

Ver también

curva de hanna

Referencias

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Lectura adicional

Querfurth, William, " Bobinado de bobinas; una descripción de los procedimientos de bobinado, máquinas bobinadoras y equipos asociados para la industria electrónica " (2ª ed.). Chicago, G. Stevens Mfg. Co., 1958.
Weymouth, F. Marten, " Drum Armatures and Conmutadores (teoría y práctica): un tratado completo sobre la teoría y construcción de bobinados de tambor y de conmutadores para armaduras de bobina cerrada, junto con un resumen completo de algunos de los principales puntos involucrados. en su diseño; y una exposición de reacciones de armadura y chispas ". Londres, "The Electrician" Printing and Publishing Co., 1893.
" Procedimientos de bobinado ". Asociación Internacional de Bobinado de Bobinas.
Chandler, RH, " Revisión del revestimiento de bobinas, 1970–76 ". Braintree, RH Chandler Ltd, 1977.

Enlaces externos

Busque bobina o devanado en Wikcionario, el diccionario gratuito.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con las bobinas electromagnéticas .

Calculadora de inductancia de bobina Calculadora en línea para determinar la inductancia de bobinas de una y varias capas
R. Clarke, " Producción de componentes enrollados Archivado el 7 de julio de 2007 en Wayback Machine ". Surrey.ac.uk, 9 de octubre de 2005