Circuito magnético

Um circuito magnético é um circuito geralmente feito de material ferromagnético através do qual flui um fluxo de campo magnético.

O campo magnético é geralmente criado por enrolamentos envolvendo o circuito magnético e atravessado por correntes, ou por ímãs contidos no circuito magnético.

Quando vários circuitos elétricos são enrolados em torno do mesmo circuito magnético, eles constituem circuitos acoplados magneticamente .

Constituição, manufatura

Consiste em um conjunto de peças feitas de materiais ferromagnéticos. Pode incluir um entreferro : pequeno espaço de ar no circuito.

Essa lacuna pode ser:

estrutural: é o caso das máquinas rotativas em que o rotor está separado do estator por um entreferro desejado o menor possível;
intencional: permite evitar a saturação do circuito magnético e confere maior linearidade à indutância assim criada.

Circuito magnético sujeito a um campo magnético permanente

Se o campo magnético for constante ao longo do tempo, as perdas magnéticas: perdas por correntes parasitas e perdas por histerese não existem. O circuito magnético é, portanto, freqüentemente feito de ferro macio sólido ou aço fundido: os materiais e métodos de fabricação mais econômicos.

Circuito magnético sujeito a um campo magnético periódico de baixa frequência

Nesse caso, é necessário limitar as perdas magnéticas.

As perdas por histerese são limitadas pelo uso de materiais de ciclo estreito .
As perdas por correntes parasitas são limitadas por uma laminação do circuito magnético: para substituir uma parte sólida, procedemos com uma pilha de folhas isoladas umas das outras. O objetivo do isolamento é evitar o fluxo de correntes de uma placa para outra.

Circuito magnético sujeito a um campo magnético periódico de alta frequência

As perdas por correntes parasitas aumentam em função do quadrado da frequência. Os circuitos magnéticos usados em alta frequência devem ser feitos com materiais isolantes ferromagnéticos.

As ferritas são óxidos mistos de ferro III e outros metais divalentes M (M pode ser ferro. Nesse caso, a ferrita resultante é chamada de magnetita). As mais utilizadas para a constituição de circuitos magnéticos são as ferritas à base de zinco (Zn) e / ou manganês (Mn).
Os materiais nanocristalinos são cristais de aglomerados cujo tamanho é da ordem de dez nanômetros embutidos em uma fase amorfa. São constituídos por ferro, outros metais (cobre, nióbio) e metaloides (carbono, silício, boro). Suas excitações coercitivas sendo muito fracas, da ordem de A / m, apresentam um ciclo de histerese muito estreito.

Analogia de Hopkinson

Princípios

Essa analogia consiste em traçar um paralelo entre circuitos elétricos e circuitos magnéticos.

Circuitos elétricos	Circuitos magnéticos
Intensidade da corrente elétrica $EU \,$	Fluxo de campo magnético no circuito $\ varphi \,$
Resistência $R \,$	Relutância ${\ mathcal {R}} \,$
Permissividade $\ epsilon \,$	Permeabilidade $\ mu \,$
Força eletromotriz $E \,$	Força magnetomotriz ou ${\ mathcal {F}} \,$ $\ sum nI \,$
Lei de Pouillet $\ sum _ {{i}} E _ {{i}} = \ sum _ {{i}} (R _ {{i}} \ cdot I) \,$	Lei de Hopkinson $\ sum _ {{i}} {\ mathcal {F}} _ {i} = \ sum _ {{i}} ({\ mathcal {R}} _ {i} \ cdot \ varphi) \,$

Relutância de um circuito magnético

Relutância de um circuito magnético homogêneo

Para um circuito magnético homogêneo, ou seja, constituído de um único material e de seção homogênea, há uma relação que permite calcular sua relutância em função do material que o constitui e de suas dimensões:

{\ mathcal {R}} = {\ frac {1} {\ mu}} \ cdot {\ frac lS} \,

em H -1

$\ mu \,$ sendo a permeabilidade magnética em kg m A −2 s −2 ,
$lá,$ o comprimento em metros ,
$S \,$ o trecho em m 2 .

Relutância equivalente de um entreferro

A relutância de um espaço de ar fino é dada por

{\ mathcal {R}} = {\ frac {e} {\ mu _ {0} \ cdot S}} \,

, com:

$e \,$ espessura do entreferro,
$\ mu _ {0} \,$ permeabilidade a vácuo
$S \,$ seção do espaço de ar

Se a espessura do entreferro for grande, não é mais possível considerar que as linhas do campo magnético permanecem perpendiculares ao entreferro. Devemos então levar em consideração a expansão do campo magnético, ou seja, considerar que a seção S é maior que a das partes metálicas de cada lado do entreferro.

Relutância de um circuito heterogêneo

As leis de associação das relutâncias permitem calcular a de um circuito magnético de forma complexa ou composto por materiais com diferentes características magnéticas. Este circuito é dividido em uma seção homogênea, ou seja, da mesma seção e feita do mesmo material.

Associação em série: Quando duas seções homogêneas tendo respectivamente por relutância e seguem uma à outra, a relutância do todo é ${\ mathcal {R}} _ {1}$ ${\ mathcal {R}} _ {2}$ ${\ mathcal {R}} _ {{eq.serie}} = {\ mathcal {R}} _ {1} + {\ mathcal {R}} _ {2}$

Associação em paralelo: Quando duas seções homogêneas tendo respectivamente por relutância e são colocadas lado a lado, a relutância do todo é tal que , uma outra vez . ${\ mathcal {R}} _ {1}$ ${\ mathcal {R}} _ {2}$ ${\ mathcal {R}} _ {{eq.//}}$ ${\ frac {1} {{\ mathcal {R}} _ {{eq.//**************************** { 1} {{\ mathcal {R}} _ {1}}} + {\ frac {1} {{\ mathcal {R}} _ {2}}}$ ${\ mathcal {R}} _ {{eq.//******************* {{\ mathcal {R}} _ {1}. {\ mathcal { R}} _ {2}} {{\ mathcal {R}} _ {1} + {\ mathcal {R}} _ {2}}}$