La fórmula de libro de texto para la intensidad de campo en la bobina del solenoide es
H = (N * I) / l
H intensidad del campo magnético en amperios-vueltas
NI amperios-vueltas
l es la longitud entre los polos de la bobina (a lo largo del eje del flujo de campo)
Esta fórmula no tiene en cuenta el ancho (o el diámetro) de la bobina. Aparentemente, se basa en la suposición de que el diámetro es más pequeño que la longitud y, por lo tanto, no afecta significativamente este cálculo.
Estoy considerando un solo electroimán como modelo para la bobina del estator de un motor BLDC. Éstos son a menudo de diámetro de bobina más ancho y de longitud de bobina corta. Una bobina más ancha seguramente debilita la intensidad del campo dentro de la bobina. Imagine que las líneas de flujo se adelgazan a medida que los bucles de la bobina se ensanchan. ¿Cómo reflejar este hecho en el cálculo del campo? ¿Cómo ajustar esa fórmula para incluir el ancho/diámetro de la bobina?
Además, un poco aparte de la pregunta principal, dame una pista ¿Cómo calcular la fuerza de atracción desarrollada en un solenoide tan ancho en Newtons, conociendo la intensidad del campo y, digamos, atrayendo un cilindro de hierro de masa y permeabilidad conocidas? Nota: en aras de la simplicidad, asuma un núcleo de aire en el solenoide.
Editar: si mi segunda pregunta parece extenderse a un área más amplia de experiencia, ignórela y simplemente sugiera la respuesta a la pregunta principal, ya que es importante para determinar si el rango del campo se mantiene por debajo del punto de saturación.
Se está embarcando en un problema complejo para el cual se desarrolló fea. La bobina por sí sola no dará un resultado preciso. Se debe describir toda la trayectoria del circuito magnético (bucle). En breve; debe encontrar la longitud total del hierro, el área del hierro, el área del entrehierro y la longitud del entrehierro, una ecuación que describa H frente a B del hierro y los amperios-vuelta de la bobina. Luego calcule las caídas totales de amperios-vueltas en el circuito magnético comenzando con un valor arbitrario para el flujo. Si los totales de caída de NI son más altos que el NI de la bobina, reduzca el flujo (es posible que se requieran muchas iteraciones). Cuando se encuentre el verdadero valor del flujo, calcule la energía del entrehierro (el entrehierro NI x flujo/2). Ahora debe girar la armadura ligeramente, lo que cambia el área de superposición del entrehierro y calcularlo todo de nuevo. La diferencia en la energía del entrehierro para las dos condiciones es la energía de rotación (par x ángulo en radianes).
La pregunta del 8 de abril infiere que está calculando la bobina para un motor de CC sin escobillas. El campo de la bobina no se puede calcular independientemente del resto del motor. Un espacio de aire es donde el flujo se transfiere entre el polo de la bobina y la armadura. Por lo general, solo mide alrededor de 0,2 mm de ancho. En los cálculos, la armadura se gira entre 1 y 2 grados para encontrar dos valores relacionados de la energía del entrehierro para calcular el par. Al hacer todos los cálculos, también encontrarás B y H.
Tienes un agujero en los conocimientos básicos. Ese agujero te lleva a preguntar inexistente.
La fuerza del campo magnético o la densidad de flujo de un devanado no es un número, es un campo de vector espacial complejo, cada punto en el espacio tiene su propia dirección y fuerza de vector que no se pueden escribir con fórmulas listas para usar, solo es posible para calcularlos numéricamente.
Si existe hierro en alguna parte, afecta al campo. ¿Cuánto cuesta? Es solucionable solo numéricamente. Sólo en algunos casos especiales se puede expresar con fórmulas el efecto del Hierro.
Calcular numéricamente = para resolver las ecuaciones diferenciales de campo en una geometría dada dividiendo el espacio, los cables y el posible hierro en piezas lo suficientemente pequeñas y aproximando las derivadas. El análisis de elementos finitos (FEA) es el nombre general de los métodos prácticos de cálculo numérico.
Hay algunas fórmulas utilizables bien conocidas para las inductancias de algunas bobinas simples. El siguiente enlace apunta a uno para solenoides cortos y apretados, tan apretados que el devanado es más un bucle de alambre de múltiples vueltas sin longitud axial:
https://technick.net/tools/inductance-calculator/circular-loop/
La inductancia es el flujo magnético total de una bobina dividido por la corriente. La inductancia es un solo número => no tiene datos del campo magnético vectorial. Y la fórmula está bien solo en dos casos:
Si hay una pieza de hierro al acecho en alguna parte, la inductancia es mayor que si el espacio no tuviera hierro, pero menor que si el espacio estuviera lleno de hierro. No hay más información disponible.
La inductancia sigue siendo útil. Puede calcular dos límites para él y puede medir la inductancia si hay una pieza sustancial de hierro en alguna parte.
¿Por qué útil? La energía del campo magnético es 0,5 * L * I^2 donde L = la inductancia e I es la corriente de la bobina. La fuerza magnética sobre una pieza de hierro tiene la dirección hacia donde debe moverse la pieza para aumentar la inductancia tanto como sea posible por milímetro movido. La fuerza se puede calcular como gradiente vectorial de la energía de campo total frente a la colocación de la pieza de hierro.
En la práctica, mida la inductancia antes y después de mover la pieza de hierro una distancia corta. Calcule las energías de campo después de tener las inductancias (suponga alguna corriente práctica). Luego divida la diferencia de energía por la distancia de movimiento. Esa es tu fuerza. El par de rotación es la diferencia de energía dividida por un pequeño ángulo de rotación (radianes).
En motores y otros sistemas donde se mueve el hierro, no puede calcular la corriente como la tensión/resistencia de alimentación aplicada. El voltaje inducido disminuye el voltaje total. Consulte la teoría del motor eléctrico para conocer las fórmulas de torque exactas.
Vlad Blanshey