Bobina electromagnética

Las líneas de campo magnético ()verde) de un bucle de alambre de carga actual pasan por el centro del bucle, concentrando el campo allí

Una bobina electromagnética es un conductor eléctrico como un alambre en forma de bobina (espiral o hélice). 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 y bobinas de sensores. Una corriente eléctrica pasa a través del alambre 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. La ventaja de usar la forma de bobina es que aumenta la fuerza del campo magnético producido por una corriente dada. Todos los campos magnéticos generados por las vueltas separadas del cable pasan por el centro de la bobina y se suman (superponen) para producir allí un campo intenso. Cuantas más vueltas de alambre, 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. El voltaje inducido se puede aumentar enrollando el cable en una bobina porque las líneas de campo se cruzan con el circuito varias veces.

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 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.

En una bobina de múltiples giros de alambre el campo magnético de los giros añade en el centro de la bobina, creando un campo fuerte. Este dibujo muestra una sección transversal a través del centro de la bobina. Las cruces son alambres en los que la corriente se mueve en la página; los puntos son alambres en los que la corriente está saliendo de la página.

Bobinados y tomas

Diagrama de configuraciones típicas de transformadores

El hilo o conductor que constituye la bobina se denomina bobinado. El agujero en el centro de la bobina se llama área del núcleo o eje magnético. Cada bucle de alambre se llama giro. En los devanados en los que las espiras se tocan, el cable debe estar aislado con una capa de aislamiento no conductor, como plástico o esmalte, para evitar que la corriente pase entre las espiras. El devanado a menudo se envuelve alrededor de una forma de bobina hecha de plástico u otro material para mantenerlo en su lugar. 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 toques. Un bobinado que tiene una sola derivación en el centro de su longitud se denomina central derivación.

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. Una corriente variable en el tiempo a través de un devanado creará un campo magnético variable en el tiempo que pasará a través del otro devanado, lo que inducirá un voltaje variable en el tiempo en los otros devanados. Esto se llama transformador. El devanado al que se aplica la corriente, que crea el campo magnético, se denomina devanado primario. Los otros devanados se denominan devanados secundarios.

Núcleo magnético

Muchas bobinas electromagnéticas tienen un núcleo magnético, una pieza de material ferromagnético como hierro en el centro para aumentar el campo magnético. La corriente a través de la bobina magnetiza el hierro y el campo del material magnetizado se suma al campo producido por el alambre. Esto se llama bobina de núcleo ferromagnético o núcleo de hierro. 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. Las bobinas de ferrita tienen menores pérdidas en el núcleo a altas frecuencias.

• Una bobina con un núcleo que forma un bucle cerrado, posiblemente con algunas lagunas de aire estrechas, se llama un núcleo cerrado Coil. Al proporcionar un camino cerrado para las líneas de campo magnético, esta geometría minimiza la renuencia magnética y produce el campo magnético más fuerte. A menudo se utiliza en transformadores.
  • Una forma común para las bobinas de núcleo cerrado es un núcleo toroidal bobina, en la que el núcleo tiene la forma de un toro o rosquilla, con una sección circular o rectangular. Esta geometría tiene flujo mínimo de fuga y irradia interferencia electromagnética mínima (EMI).
• Una bobina con un núcleo que es una barra recta u otra forma no abierta se llama open-core Coil. Esto tiene un campo magnético inferior e inductancia que un núcleo cerrado, pero a menudo se utiliza para prevenir la saturación magnética del núcleo.

Una bobina sin núcleo ferromagnético se denomina bobina con núcleo de aire. 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 bobinados.

Tipos de bobinas

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

• Corriente directa o DC bobinas o electroimanes operan con una corriente directa constante en sus bobinados
• Frecuencia de audio o AF bobinas, inductores o transformadores operan con corrientes alternas en el rango de frecuencias de audio, menos de 20 kHz
• Frecuencia de radio o RF bobinas, inductores o transformadores operan con corrientes alternas en el rango de frecuencias de radio, por encima de 20 kHz

Las bobinas se pueden clasificar según su función:

Electroimanes

Electromagnet de bobina de campo en el estator de un motor universal AC.

Los electroimanes son bobinas que generan un campo magnético para algún uso externo, a menudo para ejercer una fuerza mecánica sobre algo. o elimine los campos de fondo existentes. Algunos tipos específicos:

• Solenoid - un electromagnet en forma de un helix hueco derecho de alambre
• Motores y generadores: electroimágenes de núcleo de hierro en el rotor o estator de motores eléctricos y generadores que actúan entre sí para girar el eje (motor) o generar una corriente eléctrica (generador)
  • El enrollamiento de campo - una bobina de hierro que genera un campo magnético estable para actuar en el enrollamiento de la armadura.
  • Armature winding - una bobina de hierro que es accionada por el campo magnético del campo para crear par (motor) o inducir un voltaje para producir energía (generador)
• Coil Helmholtz, bobina Maxwell - bobinas de aire-core que sirven para cancelar un campo magnético externo
• Bobina de degaussing - una bobina utilizada para desmagnetizar piezas
• Bobina de voz - una bobina utilizada en un altavoz en espiral en movimiento, suspendida entre los polos de un imán. Cuando la señal de audio se transmite a través de la bobina, vibra, moviendo el cono de altavoz adjunto para crear ondas de sonido. El reverso se utiliza en un micrófono dinámico, donde las vibraciones sonoras interceptadas por algo como un diafragma transfieren físicamente a una bobina de voz inmersa en un campo magnético, y los extremos terminales de la bobina proporcionan entonces 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 una EMF inversa que se opone a los cambios de 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 ductor utilizado en un circuito sintonizado
• Choke - un ductor utilizado para bloquear AC de alta frecuencia al tiempo que permite a través de AC de baja frecuencia o DC.
• Carga de carga - un ductor utilizado para añadir inductancia a una antena, para hacerlo resonante, o a un cable para prevenir la distorsión de las señales.
• Variometer - un ductor ajustable que consta de dos bobinas en serie, una bobina estacionaria externa y una segunda dentro de ella que puede girar por lo que sus ejes magnéticos están en la misma dirección o oposición.
• Transformador Flyback - Aunque se llama transformador, este es en realidad un ductor que sirve para almacenar energía en el cambio de fuentes de alimentación y circuitos de deflexión horizontal para televisores y monitores CRT
• Reactor resistente - un ductor de núcleo de hierro utilizado para controlar la potencia AC mediante la variación de la saturación del núcleo utilizando un voltaje de control DC en un enrollamiento auxiliar.
• Ballast inductivo - un ductor utilizado en circuitos de lámparas de descarga de gas, como lámparas fluorescentes, para limitar la corriente a través de la lámpara.

Transformadores

Transformador

Un transformador es un dispositivo con dos o más devanados acoplados magnéticamente (o secciones de un solo devanado). Una corriente variable en 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 eléctrica a la baja tensión utilizada por los clientes de utilidad.
• Autotransformer - un transformador con un solo viento. Diferentes porciones del enrollamiento, accedidas con grifos, actúan como los enrolladores primarios y secundarios del transformador.
• Transformador toroidal - el núcleo está en la forma de un toroide. Esta es una forma comúnmente utilizada ya que disminuye el flujo de fuga, lo que resulta en menos interferencia electromagnética.
• La bobina de inducción o la bobina de trembler - un transformador temprano que utiliza un mecanismo de interruptor vibratorio para romper la corriente primaria para que pueda funcionar de la corriente DC.
  • Coil de encendido - una bobina de inducción utilizada en motores de combustión interna para crear un pulso de alta tensión para disparar el enchufe de chispa que inicia la quema de combustible.
• Balun - un transformador que coincide con una línea de transmisión equilibrada a una desequilibrada.
• Bobina bifilar - una herida de bobina con dos hilos paralelos y muy espaciados. Si las corrientes de AC se pasan a través de ella en la misma dirección, los flujos magnéticos añadirán, pero si las corrientes iguales en direcciones opuestas pasan a través de los enrollamientos los flujos opuestos cancelarán, dando como resultado cero flujo en el núcleo. Así que ningún voltaje será inducido en un tercer viento en el núcleo. Estos son utilizados en instrumentos y en dispositivos como Interruptores de la Falla Terrestre. También se utilizan en resistencias de alambre de baja inductancia para uso en frecuencias RF.
• Transformador de audio - Un transformador utilizado con señales de audio. Se utilizan para equiparar la impedancia.
  • Bobina híbrida - un transformador de audio especializado con 3 bobinados utilizados en circuitos de telefonía para convertir entre circuitos de dos hilos y cuatro hilos

Máquinas eléctricas

Las máquinas eléctricas como motores y generadores tienen uno o más devanados que interactúan con campos magnéticos en movimiento para convertir energía eléctrica en energía mecánica. A menudo, una máquina tendrá un devanado a través del cual pasa la mayor parte de la potencia de la máquina (el 'armazón') y un segundo devanado que proporciona el campo magnético del elemento giratorio (el 'devanado de campo'). #34;) que pueden estar conectados mediante escobillas o anillos colectores a una fuente externa de corriente eléctrica. En un motor de inducción, el "campo" El devanado del rotor es energizado por 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

La bobina sensorial de un detector de metales.

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

• Bobinas sensoriales o de recogida - estas se utilizan para detectar campos magnéticos de tiempo externo
• sensor inductivo - una bobina que siente cuando un imán o objeto de hierro pasa cerca de él
• Cabeza de grabación - una bobina que se utiliza para crear un campo magnético para escribir datos a un medio de almacenamiento magnético, como cinta magnética o disco duro. Por el contrario, también se utiliza para leer los datos en forma de cambiar los campos magnéticos en el medio.
• Coil de calefacción de inducción - una bobina AC utilizada para calentar un objeto induciendo corrientes de eddy en ella, un proceso llamado calefacción de inducción.
• Antena de bucle - una bobina que sirve como antena de radio, para convertir ondas de radio a corrientes eléctricas.
• Bobina Rogowski - una bobina toroidal utilizada como dispositivo de medición AC
• Musical instrument pickup - una bobina utilizada para producir la señal de audio de salida en una guitarra eléctrica o bajo eléctrico.
• Puerta de flujo - una bobina de sensor utilizada en un magnetómetro
• Cartucho de fonógrafo magnético - un sensor en un reproductor de discos que utiliza una bobina para traducir vibración de una aguja a una señal de audio en la reproducción de registros de fonógrafos de vinilo.

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

Tecnología de bobinado