Bobina electromagnética

Una bobina electromagnética es un conductor eléctrico como un cable 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 médicas de resonancia magnética . O bien 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 usar la forma de bobina es que aumenta la fuerza del campo magnético producido por una corriente dada. Los campos magnéticos generados por las vueltas separadas del cable pasan todos por el centro de la bobina y se suman ( superponen ) para producir un campo fuerte allí. ^[3] Cuanto mayor sea el número de vueltas de cable, más fuerte será 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 intersecan 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 de 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 utilizadas en equipos eléctricos y electrónicos.

El alambre o conductor que constituye la bobina se llama devanado . ^[5] El orificio en el centro de la bobina se llama área central o eje magnético . ^[6] Cada bucle de alambre se llama espira . ^[2] En los devanados en los que las espiras se tocan, el alambre debe estar aislado con un revestimiento de aislamiento no conductor , como plástico o esmalte, para evitar que la corriente pase entre las espiras del alambre. 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 alambre se sacan y se conectan a un circuito externo. Los devanados pueden tener conexiones eléctricas adicionales a lo largo de su longitud; estas se llaman tomas . ^[7] Un devanado que tiene una sola toma en el centro de su longitud se llama con toma 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 .

Muchas bobinas electromagnéticas tienen un núcleo magnético , una pieza de material ferromagnético como el hierro en el centro para aumentar el campo magnético. ^[11] La corriente a través de 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 bobina 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 de 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 de núcleo a altas frecuencias.

• Una bobina con un núcleo que forma un bucle cerrado, posiblemente con algunos espacios de aire estrechos, se denomina bobina de núcleo cerrado . Al proporcionar un camino cerrado para las líneas de campo magnético, esta geometría minimiza la reluctancia magnética y produce el campo magnético más fuerte. Se utiliza a menudo 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 de una rosquilla, con una sección transversal circular o rectangular. Esta geometría tiene un flujo de fuga mínimo y emite una interferencia electromagnética (EMI) mínima .
• Una bobina con un núcleo que es una barra recta u otra forma que no sea de bucle se denomina bobina de núcleo abierto . Tiene un campo magnético y una inductancia menores que un núcleo cerrado, pero se utiliza a menudo para evitar la saturación magnética del núcleo.

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

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:

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

• Solenoide : un electroimán en forma de una hélice hueca y recta de alambre.
• Bobinados de motores y generadores: electroimanes con núcleo de hierro en el rotor o el estator de motores y generadores eléctricos que actúan entre sí para girar el eje (motor) o generar una corriente eléctrica (generador)
  • Bobinado de campo : una bobina con núcleo de hierro que genera un campo magnético constante que actúa sobre el devanado de la armadura.
  • Bobinado 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 que se utiliza para desmagnetizar piezas.
• Bobina móvil : bobina que se utiliza en un altavoz de bobina móvil , suspendida entre los polos de un imán. Cuando la señal de audio pasa a través de la bobina, vibra y mueve el cono del altavoz conectado para crear ondas sonoras. Lo contrario se utiliza en un micrófono dinámico , donde las vibraciones sonoras interceptadas por algo como un diafragma se transfieren físicamente a una bobina móvil inmersa en un campo magnético, y los extremos terminales de la bobina proporcionan un análogo eléctrico de esas vibraciones.

Los inductores o reactancias son bobinas que generan un campo magnético que interactúa con la propia bobina para inducir una fuerza contraelectromotriz 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 de corriente. Algunos tipos:

• Bobina de tanque: un inductor utilizado en un circuito sintonizado
• Choque : inductor utilizado para bloquear CA de alta frecuencia y permitir el paso de CA o CC de baja frecuencia.
• Bobina de carga : inductor utilizado para agregar inductancia a una antena, para hacerla resonante, o a un cable para evitar la distorsión de las señales.
• Variómetro : inductor ajustable que consta de dos bobinas en serie, una bobina estacionaria exterior y una segunda en su interior que se puede girar de forma que sus ejes magnéticos estén en la misma dirección o en direcciones opuestas.
• 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 deflexión horizontal para televisores y monitores CRT.
• Reactor saturable : inductor con núcleo de hierro que se utiliza para controlar la alimentación de CA variando la saturación del núcleo mediante un voltaje de control de CC en un devanado auxiliar.
• Balasto inductivo : inductor utilizado en circuitos de lámparas de descarga de gas , como las lámparas fluorescentes , para limitar la corriente que pasa por la lámpara.

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

• Transformador de distribución : 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 : transformador con un solo devanado. Diferentes partes del devanado, a las que se accede mediante tomas, actúan como devanados primario y secundario del transformador.
• Transformador toroidal : el núcleo tiene forma de toroide . Esta es una forma muy utilizada, ya que disminuye el flujo de fuga, lo que genera menos interferencias electromagnéticas.
• Bobina de inducción o bobina vibratoria : un transformador antiguo que utiliza un mecanismo interruptor vibratorio para interrumpir la corriente primaria de modo que pueda funcionar con corriente continua.
  • Bobina de encendido : bobina de inducción utilizada en motores de combustión interna para crear un pulso de alto voltaje para encender la bujía que inicia la quema de combustible.
• Balun : transformador que adapta una línea de transmisión balanceada a una no balanceada.
• Bobina bifilar : una bobina enrollada con dos hilos paralelos y muy próximos entre sí. Si pasan corrientes de CA a través de ella en la misma dirección, los flujos magnéticos se sumarán, pero si pasan corrientes iguales en direcciones opuestas a través de los devanados, los flujos opuestos se cancelarán, lo que dará como resultado un flujo cero en el núcleo. Por lo tanto, no se inducirá voltaje en un tercer devanado en el núcleo. Se utilizan en instrumentos y en dispositivos como los interruptores de falla a tierra . También se utilizan en resistencias bobinadas de baja inductancia para su uso en frecuencias de RF.
• Transformador de audio : transformador que se utiliza con señales de audio . Se utilizan para la adaptación de impedancia .
  • Bobina híbrida : un transformador de audio especializado con tres devanados que se utiliza en circuitos de telefonía para convertir entre circuitos de dos y cuatro cables.

Las máquinas eléctricas, como los motores y los 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 a través del cual pasa la mayor parte de la potencia de la máquina (la "armadura" ) 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 movimiento relativo lento 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.

Se trata de bobinas que se utilizan para traducir campos magnéticos que varían con el tiempo en señales eléctricas y viceversa. Existen algunos tipos:

• Bobinas de detección o sensor: se utilizan para detectar campos magnéticos externos que varían 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 . A la inversa, también se utiliza para leer los 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 de Foucault 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 de sensor utilizada en un magnetómetro
• Cartucho fonográfico magnético : un sensor en un reproductor de discos que utiliza una bobina para traducir la vibración de una aguja en una señal de audio al reproducir discos fonográficos de vinilo .

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

• Curva de Hanna

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

Busque bobina  o bobinado en Wikcionario, el diccionario libre.

Wikimedia Commons tiene medios relacionados con Bobinas electromagnéticas .

• Calculadora de inductancia de bobinas Calculadora en línea para determinar la inductancia de bobinas monocapa y multicapa
• R. Clarke, " Producción de componentes de la herida". Archivado el 7 de julio de 2007 en Wayback Machine . Surrey.ac.uk, 9 de octubre de 2005.