Magnetismo y Electromagnetismo

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Apuntes Laboratorio de Autotrónica IIApuntes Laboratorio de Autotrónica IIMagnetismo y electromagnetismoMagnetismo y electromagnetismo

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MAGNETISMOMAGNETISMO• Se llama magnetismo a la propiedad que tienen algunos cuerpos de atraer al hierro y sus derivados.

• Un imán es un trozo de acero que debido a un tratamiento especial (expuesto a un campo magnético), ha ordenado internamente sus polaridades con ello ha adquirido las propiedades de: atraer al hierro, ser orientado por la tierra y atraer o rechazar a otros imanes; se le asignan dos polos, uno NORTE y otro SUR que se sitúan cerca de los extremos del imán.

• El magnetismo produce unas líneas de fuerza denominadas líneas de inducción, que establecen un circuito, partiendo desde el polo sur del imán, le recorren por su interior y salen al exterior por el polo norte, de donde regresan otra vez al polo sur.

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MAGNETISMOMAGNETISMO

• Estas líneas tienen una forma elíptica tal como se pueden apreciar en la siguiente imagen.

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MAGNETISMOMAGNETISMO• La zona donde están las líneas de inducción, se denomina Campo magnético. Evidentemente, estos efectos se manifiestan con mayor intensidad en las proximidades del imán, por lo que se dice que el “campo” es más intenso en esa zona.

• Los efectos que más visiblemente manifiestan los imanes, son los de atracción y repulsión. Efectivamente, si se aproximan dos imanes por sus polos del mismo signo, tratan de repelerse. Si se aproximan por sus polos diferentes se atraen.

REPULSIONREPULSION ATRACCIONATRACCION

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MAGNETISMOMAGNETISMO•.

No todos los cuerpos se comportan de la misma forma al introducirlos dentro de un campo magnético.

Dependiendo del tipo de material las líneas de inducción se concentraran o desviaran.

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. Los materiales permeables son aquellos que producen una deformación del campo magnético concentrando las líneas de fuerza que pasan a su través como por ejemplo el hierro,.

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MAGNETISMOMAGNETISMO• La mayoría de los cuerpos que existen en la naturaleza, como

la madera, el plástico, el cobre, aluminio, etc., son indiferentes al magnetismo y aunque se introduzcan en un campo magnético, no producen en él alteración alguna. A estos cuerpos se les llama paramagnéticos. Se comportan de la siguiente forma en función del campo magnético.

• Se puede apreciar que el campo magnético no influye en el material.

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• Los materiales diamagnéticos , tienen la propiedad de rechazar las líneas de fuerza, es decir, que éstas encuentran mayor facilidad de paso por el aire que a través del cuerpo, produciendo una deformación del campo. Un ejemplo de estos materiales es el bismuto.

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ELECTROMAGNETISMOELECTROMAGNETISMO

• El magnetismo producido por efecto de la electricidad se denomina electromagnetismo y encuentra numerosas aplicaciones en la industria, generadores eléctricos como dínamos o alternadores, transformadores, relés, motores, etc.

• El fundamento del electromagnetismo se basa en que cuando una bobina de cable arrollada a un soporte formando espiras o devanados es atravesada por una corriente eléctrica, crea a su alrededor un campo magnético (equivalente a un imán natural).

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Estos campos magnéticos son equivalentes, pero producidos de formas distintas.

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ELECTROMAGNETISMOELECTROMAGNETISMO• El campo magnético creado por la bobina resultará más

intenso cuanto mayor sea el número de espiras de la bobina y la intensidad de corriente que circula. Ósea a mayor cantidad de vueltas de la bobina, mayor será el campo magnético producido y a mayor cantidad de corriente aplicada a la bobina mayor será el campo magnético.

• Para aumentar y reforzar el campo magnético creado por la bobina, se arrolla sobre un núcleo de hierro dulce u otro material buen conductor del magnetismo (ferromagnético).

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• El efecto es reversible, es decir si una bobina de cable conductor es sometida a la variación de un campo magnético, se produce en las espiras del arrollamiento un “desprendimiento” de electrones y se crea, por tanto, una corriente eléctrica. Bajo este principio funcionan los generadores de corriente (alternadores, dinamos)

• La aparición de corriente en una bobina, que ha sido inducida por un campo magnético, es el origen de las máquinas generadoras de electricidad, como el alternador, el dinamo o los transformadores.

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ELECTROMAGNETISMOELECTROMAGNETISMO• Cuando un conductor rectilíneo por el que circula una corriente eléctrica se sitúa cerca de una brújula, ésta se desvía de su posición, “buscando” la perpendicularidad al conductor. Si se aumenta la intensidad de la corriente, la brújula toma cada vez posiciones más perpendiculares.

• Este efecto es debido a que la corriente eléctrica crea a su alrededor un campo magnético análogo al que forman los imanes y cuya intensidad, es proporcional a la intensidad de la corriente que circula por el circuito eléctrico.

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Esta imagen muestra que una brújula es capas de percibir el campo magnético que produce la circulación de la corriente en un conductor.


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FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDAFUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA• Faraday demostró que, cuando un conductor corta a las líneas de fuerza producidas por un campo magnético, se genera en él una fuerza electromotriz inducida (f.e.m.i.), que es directamente proporcional al flujo cortado, e inversamente proporcional al tiempo empleado en hacerlo. Así funciona un generador

Es decir:(Diferencia de flujo)

(Diferencia de tiempo)

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• Los mismos efectos se observan si en lugar de aproximar o alejar el imán a la bobina, es esta la que se mueve acercándose o alejándose del imán.

• Cambiando la polaridad del imán, el sentido de la corriente en la bobina es contrario al obtenido anteriormente.

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDAFUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

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FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDAFUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA• Supongamos un circuito formado por dos solenoides, el primero, al que denominamos bobina primaria, alimentado por una batería y el segundo, al que denominamos bobina secundaria y cuyo circuito está cerrado por un amperímetro, tal como se indica en la figura.

• Al cerrarse el interruptor, la corriente circula por la bobina primaria y el flujo en expansión corta el devanado secundario e induce en él una f.e.m. provocando una corriente eléctrica. Una vez que el flujo está completamente expandido, es decir, en su valor máximo, no hay variación de flujo en el secundario, por lo tanto la corriente inducida en este es cero.

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FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDAFUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA• Al abrirse el interruptor el campo magnético desaparece, dando lugar a la aparición de una nueva f.e.m., y provocando una corriente eléctrica de sentido contrario a la anterior. Una vez que el flujo ha desaparecido por completo, no hay variación de flujo en el secundario, por lo tanto la corriente es cero.

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Recuerda:• Siempre que haya una variación de flujo que

corta las espiras de una bobina, se induce en esta una f.e.m. inducida, dando lugar a una corriente eléctrica siempre y cuando el circuito se encuentre cerrado.

FUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDAFUERZA ELECTROMOTRIZ INDUCIDA

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EL TRANSFORMADOR EL TRANSFORMADOR

• Los transformadores son dispositivos basados en el fenómeno de la inducción electromagnética y están constituidos, en su forma más simple, por dos bobinas devanadas sobre un núcleo cerrado de hierro dulce. Estas bobinas o devanados se denominan primario y secundario.

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• Se le denomina comúnmente transformador estático, por cuanto carece de partes móviles.

• Un transformador está constituido por un devanado primario al cual se le aplica la energía eléctrica y un bobinado secundario, del cual se extrae la energía a consumir

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• Se denomina transformador elevador de tensión aquel que entrega sobre el secundario un potencial mayor que el del primario y transformador reductor de tensión el que posee un secundario que suministra menor tensión que la del primario.

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• En la figura representamos un transformador simple, el cual consta de un bobinado , primario, alimentado por corriente alterna y otro devanado, secundario, acoplado, magnéticamente al primero, mediante un núcleo de láminas de hierro. Este núcleo, como ya hemos estudiado, permite una mejor transferencia del flujo magnético originado.

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RELACIÓN DE TRANSFORMACIÓNRELACIÓN DE TRANSFORMACIÓN

• La relación existente entre el número de espiras del primario y del secundario de un transformador, determinará el valor de la f.e.m. inducida sobre su circuito secundario. Un transformador que posea en su secundario mayor número de espiras que las del primario, inducirá sobre aquel una tensión mayor que la aplicada. A la inversa, un secundario con menor número de espiras que las del primario generará una tensión menor que la del primario.

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• La relación que existente entre la tensión del primario (Ep) y la tensión del secundario (Es) es igual a la relación entre el número de espiras del primario (Np) y el número de espiras del secundario (Ns).

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• Y efectuando trasposición de términos, tenemos:

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RELUCTANCIARELUCTANCIA• Es la resistencia que ofrece un núcleo de un

transformador a un flujo de campo magnético.

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• La corriente de Foucault . Se produce cuando un conductor atraviesa un campo magnético variable, o viceversa. El movimiento relativo causa una circulación de electrones, o corriente inducida dentro del conductor.

• Estas corrientes circulares de Foucault crean electroimanes con campos magnéticos que se oponen al efecto del campo magnético aplicado , en el núcleo del transformador.

• Estas corrientes no son óptimas para la buena eficiencia eléctrica de éste

• Denominadas corrientes parasitas

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MOTORESMOTORES DE CORRIENTE DE CORRIENTE CONTINUACONTINUA

• El motor de corriente continua es una máquina que convierte la energía eléctrica en mecánica, principalmente mediante el movimiento rotatorio.

• La principal característica del motor de corriente continua es la posibilidad de regular la velocidad desde vacío a plena carga.

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PARTES DE UN MOTOR DE CCPARTES DE UN MOTOR DE CC

• Una máquina de corriente continua (generador o motor) se compone principalmente de dos partes, un estator que da soporte mecánico al aparato y tiene un hueco en el centro generalmente de forma cilíndrica.

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• En el estator además se encuentran los polos, que pueden ser de imanes permanentes o devanados con hilo de cobre sobre núcleo de hierro.

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• El rotor es generalmente de forma cilíndrica, también devanado y con núcleo, al que llega la corriente mediante dos escobillas.

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PRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTOPRINCIPIO DE FUNCIONAMIENTO

• Según la Ley de Lorentz, cuando un conductor por el que pasa una corriente eléctrica se sumerge en un campo magnético, el conductor sufre una fuerza perpendicular al plano formado por el campo magnético y la corriente, siguiendo la regla de la mano derecha.

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• F: Fuerza en newtons • I: Intensidad que recorre el conductor en

amperios • l: Longitud del conductor en metros lineales • B: Inducción en teslas

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• Si el conductor está colocado fuera del eje de giro del rotor, la fuerza producirá un momento que hará que el rotor gire.

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• El rotor no solo tiene un conductor, sino varios repartidos por la periferia. A medida que gira, la corriente se activa en el conductor apropiado.

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SENTIDO DE GIROSENTIDO DE GIRO

• El sentido de giro de un motor de corriente continua depende del sentido relativo de las corrientes circulantes por los devanados inductor e inducido.

• La inversión del sentido de giro del motor de corriente continua se consigue invirtiendo el sentido del campo magnético o de la corriente del inducido.

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SENTIDO DE GIROSENTIDO DE GIRO

• El sentido de giro lo podemos determinar con al regla de la mano derecha, la cual nos va a mostrar el sentido de la fuerza. La regla de la mano derecha es de la siguiente manera: el dedo índice apunta en la dirección en la cual se dirige la corriente, el dedo medio apunta hacia el flujo del campo magnético y el pulgar nos muestra hacia donde va dirigida la fuerza resultante y por lo tanto el sentido de giro.

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OTRAS APLICACIONES DEL OTRAS APLICACIONES DEL ELECTROMAGNETISMO:ELECTROMAGNETISMO:

EL RELÉ.EL RELÉ.

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RELÉ ELECTROMAGNÉTICORELÉ ELECTROMAGNÉTICOUna gran cantidad de las instalaciones eléctricas existentes en un automóvil son

mandadas por componentes electromagnéticos llamados relés o telerruptores. El relé permite mandar, por medio de un circuito de baja corriente (circuito de excitación) otro circuito que funciona con corrientes más elevadas (circuito de potencia).

La bobina electromagnética está insertada en el circuito de excitación, con un consumo muy débil del orden de miliamperios: al pasar la corriente por ella crea un campo magnético tal que produce el desplazamiento de la armadura desde la posición de reposo a la posición de trabajo.

La armadura de mando actúa sobre la apertura y cierre de los contactos, permitiendo el paso de corriente hacia los consumidores correspondientes.

Un muelle de retorno devuelve a la armadura a la posición de reposo cuando la corriente de excitación desaparece.

Consumidor30

Bobina de excitación

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NECESIDAD DE LOS RELÉSNECESIDAD DE LOS RELÉSSi en una instalación con gran consumo la

gobernamos con la única ayuda de un simple interruptor, debido a que sus contacto internos no suelen estar dimensionados para soportar una intensidad de corriente elevada, estos se deteriorarían rápidamente con consecuencia graves por el calentamiento al que estarían sometidos y dando lugar a notables caídas de tensión en la instalación.

Para evitar esto se utilizan los relés, de forma que la corriente se dirige por la vía más corta desde la batería a través del relé hasta los faros. Desde el interruptor en el tablero hasta el relé es suficiente un conductor de mando de sólo 0,75 mm2, ya que el consumo es de unos 150 mA.

Faros

Batería

Interruptor

Faros

ReléBatería

Interruptor

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TIPOS DE RELÉSTIPOS DE RELÉSRelé simple de trabajo:Relé simple de trabajo:

En estos tipos de relés, el relé se encarga de unir la fuente de alimentación con el consumidor, accionándose a través de un interruptor o cualquier otro aparato de mando.

85 ó 2

87 ó 5

86 ó 1

30 ó 3

30 ó 3 87 ó 5

86 ó 1

85 ó 2

Tipo B:Tipo B:

Tipo A:Tipo A:

85 ó 2

87 ó 5

86 ó 1

30 ó 3

30 ó 3: Entrada de potencia.

87 ó 5: Salida de potencia.

85 ó 2: Negativo excitación.

86 ó 1: Positivo excitación.

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En este tipo de relé la salida de corriente se produce por dos terminales a la vez al ser excitado el relé.

85 ó 2

87 ó 5

86 ó 1

30 ó 3

30 ó 3 87 ó 5

86 ó 1

85 ó 2

Tipo B:Tipo B:

Tipo A:Tipo A:

85 ó 2

87 ó 5

86 ó 1

30 ó 3


87 ó 5: Salida de potencia.

87b ó 5: Salida de potencia.



87b ó 5

87b ó 5

87b ó 5

RELÉ DOBLE DE TRABAJORELÉ DOBLE DE TRABAJO

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Actúa alternativamente sobre dos circuitos de mando o potencia. Uno es controlado cuando los elementos de contacto se encuentran en la posición de trabajo, mientras que el otro lo es cuando los elementos de contacto se encuentran en la posición de reposo.

85 ó 2

87 ó 5

86 ó 1

30 ó 3

30 ó 3 87 ó 5

86 ó 1

85 ó 2

Tipo B:Tipo B:

Tipo A:Tipo A:

85 ó 2

87 ó 5

86 ó 1

30 ó 3


87a ó 4: Salida de potencia en reposo.

87 ó 5: Salida de potencia activado.



87a ó 4

87a ó 4

87a ó 4

RELÉ DE CONMUTACIÓNRELÉ DE CONMUTACIÓN

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Existen una serie de relés especiales, para usos muy concretos, o con disposición de los terminales específica. En este pequeño estudio presentamos los relés con resistencia o diodo de extinción y diodo de bloqueo.

Relé con resistencia Relé con diodo de extinción y de bloqueo

Relé con diodo de extinción

El objeto de la resistencia y del diodo es proteger al elemento de mando del relé de posibles corrientes autoinducidas, generadas en la propia bobina de excitación, que podrían dar lugar al deterioro de este.

RELÉS ESPECIALESRELÉS ESPECIALES

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DIVERSAS APLICACIONES DE LOS RELÉSDIVERSAS APLICACIONES DE LOS RELÉSRelé taquimétrico:Relé taquimétrico:

87

87b

30 31

15

50

1 TD

Doble relé de inyecciónDoble relé de inyección

15 8 12 14 7 4 5 3 13 6 2 11 1 9 10

Masa

Positivo directo

- bobina Salidas

Contacto

Arranque

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AUTOINDUCCIONAUTOINDUCCION

• La autoinducción es producida en cualquier bobina que tenga un corte brusco en la circulación de su corriente. Este efecto es en ocasiones producto de interferencias y alteraciones en circuitos electrónicos.

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AUTOINDUCCIONAUTOINDUCCION• El paso de corriente eléctrica por un conductor arrollado a un núcleo

produce un campo magnético, el cual tiene el efecto de inducir en sus propias espiras una corriente cuya polaridad se opone a la corriente que forma el campo magnético original.

• Este fenómeno que retrasa o frena la entrada de corriente a la bobina se denomina autoinducción. La autoinducción depende del número de espiras, del flujo magnético y de la intensidad de corriente que circula en un instante. La unidad de inducción (L) es el henrio (H).

• La autoinducción es la propiedad que posee un circuito de impedir el cambio de corriente. La autoinducción es la analogía eléctrica de la inercia mecánica que tiende a oponerse al aumento o disminución de la velocidad de un cuerpo.

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FENÓMENO DE LA AUTOINDUCCIÓNFENÓMENO DE LA AUTOINDUCCIÓN

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