Inductores

Capítulo

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LOS INDUCTORES

INTRODUCCIÓN Las máquinas eléctricas son dispositivos cuyo funcionamiento está basado en los principios físicos del electromagnetismo. Hay máquinas estáticas, sin partes móviles, tales como los inductores o los transformadores, y hay máquinas que tienen algún componente móvil, bien giratorio o bien con desplazamiento lineal. En cualquier caso, todas ellascontienen uno o más arrollamientos de hilo conductor encargados de producir uno o más campos magnéticos en su interior que son los responsables del funcionamiento de la máquina. Por todo ello, el presente capítulo incluye una primera parte dedicada a recordar las magnitudes magnéticas fundamentales y sus unidades, así como las leyes básicas del electromagnetismo que habrá que utilizar en el estudio detodos los tipos de máquinas eléctricas que se tratan a lo largo de este curso. La segunda parte del capítulo se centra en el estudio de los inductores por tratarse de los dispositivos electromagnéticos con configuración y funcionamiento más sencillos. Se analizarán inductores con geometrías simples pero muy comunes. Inicialmente se realizará el estudio magnético considerando los casos dealimentación eléctrica con corriente continua y con corriente alterna. Posteriormente se estudiará el comportamiento eléctrico de los inductores, comenzando por definir un modelo ideal muy sencillo hasta llegar a plantear un circuito eléctrico equivalente real, considerando la existencia de flujo magnético disperso y de pérdidas.

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Máquinas Eléctricas

1.1. EL MAGNETISMO. Se tiene constancia de quelos fenómenos magnéticos son conocidos por el ser humano desde, al menos, el siglo VI (a.C.). En realidad, todo lo que se sabía es que existían algunos minerales, como la piedra negra o piedra imán (magnetita), que ejercían fuerzas de atracción o repulsión entre ellos y que eran capaces de atraer objetos de hierro a los que podían comunicarles por contacto un poder similar. De hecho, el términomagnetismo tiene su origen en el nombre de una región de Asia Menor (situada entre las actuales Grecia y Turquía) en la que abundaba este tipo de minerales y que era conocida como Magnesia. Durante mucho tiempo, aquellos fenómenos sorprendentes solamente encontraron explicación dentro del terreno de lo mágico, lo fantástico o lo religioso. El magnetismo como disciplina científica comenzó adesarrollarse a mediados del siglo XVI, gracias al desarrollo de la experimentación. Gilbert (1544-1603), Ampére (1775-1836), Oersted (1777-1851), Faraday (1791-1867) y Maxwell (1831-1879), entre otros, investigaron sobre las características de los fenómenos magnéticos, aportando una descripción de los mismos en forma de leyes. Hasta hace apenas siglo y medio se pensó que los fenómenos magnéticos y loseléctricos no tenían relación alguna y ambas ramas de la ciencia se desarrollaron de forma independiente. Pero ciertas observaciones experimentales fueron preparando progresivamente la síntesis de ambas partes de la Física en una sola, denominada finalmente Electromagnetismo. La primera observación experimental que apuntó la relación entre la electricidad y el magnetismo fue que la orientación de unabrújula (fabricada con material magnetizado) se alteraba cuando se situaba en las proximidades de un hilo conductor por el que circulaba corriente eléctrica. De este modo quedó patente que la corriente eléctrica ejercía una fuerza sobre un trozo de material magnetizado, de igual forma que lo haría otro trozo de material. Algún tiempo después se observó que el movimiento de materiales magnetizadosen las proximidades de hilos conductores daban lugar a la aparición de corriente eléctrica a través de ellos. De hecho, hoy día se sabe que en realidad todos los fenómenos magnéticos son producidos por la carga eléctrica en movimiento. Eso no significa que dentro de los materiales magnetizados existen cargas libres en movimiento; sin embargo, la orientación de los átomos y el giro de los...