a) Corrientes parásitas en un núcleo de acero
macizo
b) Corrientes parásitas en chapas de acero
apiladas y aisladas entre sí
Corrientes
parásitas de Foucault (o de Eddy)
El acero del núcleo, aunque mal
conductor, puede conducir determinadas corrientes. Al estar sometido a un flujo
magnético variable, sobre él se inducirán unas f.e.m.s., de acuerdo con la ley
de Faraday.
Estas f.e.m.s, según la ley de Ohm, provocarán unas
corrientes parásitas sobre la chapa conductora (aunque mal conductora) del
núcleo, que circularán en forma de torbellino sobre la sección del núcleo
transversal al campo.
Estas corrientes parásitas, que se conocen como
corrientes de Foucault, pueden llegar a producir un importante calentamiento
por efecto Joule en el núcleo.
La potencia perdida por efecto de las corrientes de Foucault
es proporcional a:
siendo R la
resistencia que el material ofrece al paso de la corriente, ϕ el flujo magnético que circula y w = 2πf la pulsación de la corriente.
Cómo se reducen
las corrientes de Foucault. Aislamiento entre las chapas magnéticas
El método más común para reducir estas pérdidas es
construir los núcleos no sólidos sino a base de láminas que se van aislando
unas de otras. Con esto se consigue aumentar en gran medida la resistividad,
con lo que las pérdidas se reducen substancialmente.
Antiguamente, se pegaba papel antes del corte en una cara
de la chapa magnética. Posteriormente se usó barniz (silicato sódico).
Actualmente, las chapas se someten a un tratamiento
termoquímico llamado "carlite" que proporciona una capa aislante muy
delgada (0,01 mm) en ambas caras.
Factores de
relleno en núcleo con diversos aislamientos
Se llama factor de relleno o aprovechamiento al cociente
de dividir la sección en hierro del núcleo (sección útil) por la sección total
(hierro+aislamiento). El uso de “carlite” ha permitido aumentar mucho este
factor.
Reducción de
las pérdidas en el hierro en máquinas eléctricas
Fundamentalmente deben seguirse los siguientes criterios
constructivos:
·
Utilizar chapas
magnéticas de pequeño espesor apiladas.
· Entre cada chapa
debe disponerse un fino aislante “carlite” que reduzca el recorrido de las
corrientes parásitas.
·
El material
magnético debe tener alta conductividad (baja resistencia).
·
El material
magnético debe tener un ciclo de histéresis pequeño.
Fórmula de
cálculo de las pérdidas por corrientes de Foucault
Si consideramos una chapa de hierro o en general una
lámina conductora como la de la figura de gran anchura b con respecto al espesor a de
tal modo que a resulte despreciable
frente al lado b. Sea también l la longitud, cualquiera, de la chapa.
Perpendicularmente a la sección (ab)
incide uniformemente un flujo alterno que no supondremos afectado por las
propias corrientes inducidas en la lámina. La inducción temporal máxima a
través de dicha sección se representa por
B y por kf el factor
de forma de las f.e.m. debidas a las variaciones de flujo a través de los
circuitos anulares elementales marcados en rojo en la figura.
El valor de las pérdidas por corrientes de Foucault por
unidad de peso de la chapa magnética sometida a un campo alterno homogéneo
viene dado por:
Y si la variación de flujo es senoidal:
Siendo:
a = espesor individual de las chapas en mm.
f = frecuencia del flujo alterno en Hz.
B = inducción máxima en T.
χ = conductividad eléctrica del material en S · m /mm2
kF = coeficiente de proporcionalidad que expresa los vatios
perdidos en cada kilogramo de chapas de espesor individual 1 mm cuando se las
somete a un campo alterno de inducción máxima 1 Tesla y frecuencia 1 Herzio.
γ = peso específico de la chapa en kg/dm3
kf = factor de forma de la onda de f.e.m. local en las
planchas.
Las pérdidas por corrientes de Foucault son
proporcionales al cuadrado de la frecuencia y del espesor de la chapa y
asimismo al cuadrado de la inducción máxima; PF depende también de la forma de onda a través del
factor de forma kf (para onda senoidal 
Y si se trata de una senoide:
La expresión general de las pérdidas específicas por
corrientes de Foucault sería:
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