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CONCEPTOS DE ELECTROTECNIA PARA APLICACIONES INDUSTRIALES

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El transformador eléctrico. Núcleos y formas.

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En la práctica, para disminuir al máximo las pérdidas por histéresis magnética se recurre al uso de núcleos de materiales capaces de imanarse y desimanarse fácil y rápidamente, tal como el hierro silicio.

En cuanto a las pérdidas por corrientes de Foucault o corrientes parasitarias, podremos tener una idea más precisa al respecto si consideramos, la figura 5 , en la cual apreciamos un supuesto núcleo magnético macizo

Si consideramos al mismo recorrido por un determinado flujo, como éste es variable, se originarán en dicho núcleo corrientes circulares que se opondrán en todo instante a la causa que las origina. Siendo el núcleo de una sola pieza, la resistencia que ofrecerá a dichas corrientes circulares será baja, lo cual provocará el incremento de tales corrientes. Debido a su efecto contrario a la fuerza magnetizante, debilitará a esta última y, en consecuencia, provocará un incremento en la corriente que circula por el primario. Esto, en si, representa pues, una pérdida en la potencia que disipará el primario, para un correcto funcionamiento del transformador.

Para contrarrestar el efecto de estas corrientes parasitarias, es posible llegar a una solución muy interesante, basada en ofrecer máxima resistencia transversal a las mismas. Esto se consigue integrando el núcleo magnético mediante un conjunto de láminas delgadas de hierro, superpuestas una sobre la otra y aisladas entre sí mediante un baño de goma laca o barniz. En la figura 6 podemos apreciar en forma somera el efecto de reducción de las corrientes circulares. Naturalmente, que estas se producen lo mismo, pero debido a que el hierro tiene ya menor sección, el valor alcanzado por las corrientes de Foucault es sensiblemente más reducido, disminuyendo en consecuencia las pérdidas. En la práctica, los transformadores se construyen con gran número de láminas muy delgadas de hierro silicio, aisladas entre sí y fuertemente comprimidas.

Fig. 6 - Núcleo magnético laminado utilizado en los transformadores a fin de reducir las pérdidas de potencia por corrientes de Foucault .

Aplicaciones de las corrientes de Foucault

Amortiguación en el galvanómetro. En el galvanómetro de bobina móvil  la bobina está arrollada en un marco de aluminio en vez de estarlo en uno de plástico para que se formen corrientes de Foucault. El marco actúa como una bobina de una sola espira, y cuando se utiliza el instrumento este marco se mueve, induciéndose en él una f.e.m., la cual provoca la circulación de una corriente por el marco que tiene una dirección, tal que se opone al movimiento de la bobina (ley de Lenz ). De esta forma se amortigua el movimiento de la bobina, llegando la aguja a su posición final suavemente, sin pasarse y sin oscilar. La corriente de Foucault que se genera en el marco sólo existe mientras se está moviendo la bobina y no afecta a la desviación final de la aguja.

Freno electromagnético. En la figura siguiente se muestra el principio del freno electromagnético. Las locomotoras eléctricas pueden utilizar este fenómeno cuando bajan por pendientes muy escarpadas.

Figura -Principio del freno electromagnético.

Cuanto más deprisa vaya el tren, mayor será el efecto producido por el freno, justo lo que se necesita.

Motores de inducción. En la figura siguiente se explica el fundamento de los motores de inducción de corriente alterna, que son probablemente los más utilizados en ingeniería. El campo magnético que se mueve induce una f.e.m. en el disco, generándose corrientes de Foucault que se oponen al movimiento del campo (es decir, el disco intenta alcanzar al campo o es arrastrado por él).

Figura -Principio del motor de inducción.

En la figura se muestra a continuación una aplicación sencilla de este fenómeno en los velocímetros de los coches.

Figura -Utilización del efecto de inducción en el velocímetro de un automóvil

Una aplicación más sofisticada consiste en construir motores de inducción en los cuales hay un campo magnético rotatorio que arrastra a un rotor central (ver figura).

Figura -Motor de inducción trifásico.

El campo giratorio se genera utilizando una fuente de tensión alterna monofásica, resultando dos pares de polos, siendo necesario un condensador para desfasar la tensión, o bien utilizando una fuente de tensión trifásica, resultando tres pares de polos; esta última forma es la más utilizada sobre todo en motores grandes.

La ventaja principal de los motores de inducción es que no tienen contactos eléctricos unidos a partes móviles (escobillas).

Horno de inducción. Las corrientes de Foucault se pueden utilizar para calentar metales hasta su punto de fusión; este efecto se utiliza en el horno de inducción. El metal se encuentra dentro de un crisol incombustible y al pasar una corriente de valor elevado por los tubos de cobre se inducen corrientes de Foucault en el metal. En la figura siguiente se representa el diseño básico.

Figura -Horno de inducción.

Se necesitan grandes cantidades de energía para que este tipo de horno funcione como es debido y además es necesario enfriar por medio de agua que circula por los tubos de cobre.

Núcleos y Formas.

El núcleo de hierro en el que ambas bobinas se arrollan no está hecho de un solo bloque, sino que es laminado, es decir, que se compone de muchas capas de hierro aisladas eléctricamente unas de otras por medio de un recubrimiento de barniz que se les da antes de unirlas. En la figura se muestra una construcción típica. La razón de que esto se diseñe así, es porque se quiere evitar la pérdida de energía por formación de corrientes de Foucault que circulan en el núcleo de hierro.

Figura .-Diseños mejorados de transformadores.

Figura -Construcción de un núcleo de transformador con chapas de hierro en forma de U y en forma de T

Para la construcción de transformadores se utilizan núcleos constituidos por chapas de hierro silicio que adoptan diversas formas convencionales. El tipo de chapas utilizado más frecuentemente es el que adopta la forma de E, tal como se puede apreciar en la figura 7 .

Fig. 7 - Izquierda: Forma de laminación de núcleo tipo "E" , cerrado , empleada en la construcción de transformadores.

Derecha : Forma de intercalación de las chapas a fin de reducir el entrehierro y aumentar el rendimiento magnético .

Circuito magnético con entrehierro y flujo de dispersión .

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