Bobina de bobina

Una bobina de campo es un electroimán que se utiliza para generar un campo magnético en una máquina electromagnética, generalmente una máquina eléctrica rotativa como un motor o un generador . Consiste en una bobina de alambre a través de la cual fluye la corriente del campo .

En una máquina rotativa, las bobinas de campo están enrolladas sobre un núcleo magnético de hierro que guía las líneas del campo magnético. El núcleo magnético consta de dos partes: un estator , que es fijo, y un rotor , que gira en su interior. Las líneas del campo magnético circulan en un circuito magnético continuo desde el estator, a través del rotor y de vuelta al estator. Las bobinas de campo pueden estar ubicadas en el estator o en el rotor.

El campo magnético se caracteriza por polos , puntos situados a ángulos iguales alrededor del rotor por donde pasan las líneas de campo magnético del estator al rotor o viceversa. El estator (y el rotor) se clasifican según el número de polos que poseen. La mayoría de las configuraciones utilizan una bobina de campo por polo. Algunas configuraciones más antiguas o sencillas emplean una sola bobina de campo con un polo en cada extremo.

Aunque las bobinas de campo se encuentran con mayor frecuencia en máquinas rotativas, también se utilizan, si bien no siempre con la misma terminología, en muchas otras máquinas electromagnéticas. Estas incluyen desde electroimanes simples hasta instrumentos de laboratorio complejos como espectrómetros de masas y máquinas de RMN . Las bobinas de campo se usaban ampliamente en altavoces antes de la disponibilidad generalizada de imanes permanentes ligeros.

La mayoría de las bobinas de campo de CC ^{[ nota 1 ]} generan un campo estático constante. La mayoría de las bobinas de campo de CA trifásicas se utilizan para generar un campo giratorio como parte de un motor eléctrico . Los motores de CA monofásicos pueden seguir cualquiera de estos patrones:

• Los motores pequeños suelen ser motores universales , como el motor de CC con escobillas y conmutador, pero funcionan con corriente alterna.
• Los motores de corriente alterna de mayor tamaño suelen ser motores de inducción, ya sean trifásicos o monofásicos.

Muchas ^{[ nota 1 ]} máquinas eléctricas rotativas requieren que la corriente se transmita a (o se extraiga de) un rotor en movimiento, generalmente mediante contactos deslizantes: un conmutador o anillos colectores . Estos contactos suelen ser la parte más compleja y menos fiable de la máquina, y también pueden limitar la corriente máxima que puede manejar. Por esta razón, cuando las máquinas deben usar dos conjuntos de bobinados, los que transportan la menor corriente se colocan generalmente en el rotor y los que transportan la mayor corriente en el estator.

Las bobinas de campo se pueden montar tanto en el rotor como en el estator , dependiendo de cuál sea el método más rentable para el diseño del dispositivo.

En un motor de CC con escobillas, el campo es estático, pero la corriente del inducido debe conmutarse para que gire continuamente. Esto se logra alimentando los devanados del inducido en el rotor a través de un conmutador , una combinación de anillos colectores giratorios e interruptores. Los motores de inducción de CA también utilizan bobinas de campo en el estator, y la corriente en el rotor se suministra por inducción en una jaula de ardilla .

En los generadores, la corriente de campo es menor que la corriente de salida. ^{[ nota 2 ]} Por consiguiente, el campo se monta en el rotor y se alimenta mediante anillos colectores. La corriente de salida se toma del estator, evitando así la necesidad de anillos colectores de alta corriente. En los generadores de CC, que actualmente están prácticamente obsoletos en favor de los generadores de CA con rectificadores, la necesidad de conmutación implicaba que aún podían requerirse escobillas y conmutadores. Para los generadores de alta corriente y baja tensión utilizados en la galvanoplastia , esto podía requerir escobillas particularmente grandes y complejas.

En los primeros años del desarrollo de los generadores, el campo del estator experimentó una mejora evolutiva, pasando de un único campo bipolar a un diseño multipolar posterior.

Los generadores bipolares eran universales antes de 1890, pero en los años posteriores fueron reemplazados por los imanes de campo multipolar. A partir de entonces, los generadores bipolares solo se fabricaron en tamaños muy pequeños. ^{[ 1 ]}

El elemento intermedio entre estos dos tipos principales fue el generador bipolar de polos consecuentes, con dos bobinas de campo dispuestas en anillo alrededor del estator.

Este cambio era necesario porque los voltajes más altos transmiten energía de manera más eficiente a través de cables delgados. Para aumentar el voltaje de salida, un generador de CC debe girar más rápido, pero a partir de cierta velocidad esto resulta poco práctico para generadores de transmisión de energía de gran tamaño.

Al aumentar el número de caras polares que rodean el anillo de Gramme , este puede atravesar más líneas de fuerza magnética en una revolución que un generador básico de dos polos. En consecuencia, un generador de cuatro polos podría generar el doble de voltaje que uno de dos polos, uno de seis polos el triple, y así sucesivamente. Esto permite aumentar el voltaje de salida sin incrementar la velocidad de rotación.

En un generador multipolar, los imanes de armadura y de campo están rodeados por un marco circular o "yugo anular" al que se fijan los imanes de campo. Esto ofrece las ventajas de robustez, simplicidad, apariencia simétrica y mínima fuga magnética, ya que las piezas polares tienen la menor superficie posible y la trayectoria del flujo magnético es más corta que en un diseño bipolar. ^{[ 1 ]}

Las bobinas suelen estar recubiertas con hilo de cobre esmaltado , también conocido como hilo magneto . El material de bobinado debe tener una baja resistencia para reducir el consumo de energía de la bobina de campo, pero, sobre todo, para minimizar el calor residual generado por el calentamiento resistivo . El exceso de calor en los bobinados es una causa común de fallos. Debido al creciente coste del cobre, cada vez se utilizan más bobinados de aluminio.

Un material aún mejor que el cobre, salvo por su elevado coste, sería la plata, ya que tiene una resistividad aún menor . La plata se ha utilizado en raras ocasiones. Durante la Segunda Guerra Mundial, el Proyecto Manhattan , para construir la primera bomba atómica, empleó dispositivos electromagnéticos conocidos como calutrones para enriquecer uranio . Se tomaron prestadas miles de toneladas de plata de las reservas del Tesoro estadounidense para construir bobinas de campo de baja resistencia y alta eficiencia para sus imanes. ^{[ 2 ] [ 3 ]}

• Excitación (magnética)