COMPORTAMIENTO MAGNETICO DE LOS MATERIALES FERROMAGNETICOS

1. OBJETIVOS .

Estudiar las propiedades magnéticas de la materiales ferromagnéticos.

Verificación de la forma de onda de corriente de magnetización (corriente de vacio).

2. MATERIAL UTILIZADO .

01 Autotransformador de 0 – 260 V. 01 Transformador de 1 KVA, 220/110 V. 01 Voltímetro de 0 – 750 V. 01 Amperímetro de 0 – 10 A. 02 Resistencias de 15 y 60 K. 01 Osciloscopio de precisión. 01 Condensador de 20 F – 250 V. 01 Multímetro Sanwa. Conductores y conectores.

3. RESUMEN TEÓRICO .

MATERIALES FERROMAGNÉCTICOS.

Las propiedades de los materiales magnéticos se explican a través del momento magnético atómico que poseen las cargas en el movimiento de su orbita y de los espines.

Los materiales ferromagnéticos esta compuesto de hierro aleado con cobalto, tungsteno, níquel, aluminio y otros metales tratados o no térmicamente y cierto porcentaje de silicio. La finalidad de uso de núcleos ferromagnéticos son: obtener altas densidades con bajas fmm y delimitar o dirigir a los campos en trayectorias bien definidas.

CARACTERISITICAS BH DE LOS MATERIALES FERROMAGNÉTICOS.

Densidad de Flujo remanente (Br ), si se magnetiza el material de hierro desde O, esta se incrementa hasta llegar a un punto cercano a la saturación; pero cuando se reduce a

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cero la H, el núcleo no retorna totalmente la energía que ha sido aplicada, es decir retiene cierta densidad residual.

Fuerza Coercitiva (Hc ), para reducir el magnetismo remanente (Br tiende a 0) a cero es necesario aplicar fuerza de magnetización inversa, conocida como fuerza coercitiva.

Lazo de histéresis , cuando llega a cero (B=0) y con el incremento de la fuerza de magnetización, se incrementa B rápidamente en sentido negativo a la densidad máxima. Si nuevamente se elimina la Br negativa y se incrementa la fuerza en sentido positivo se cierra la característica BH, formando un lazo (o ciclo) llamado lazo de Histéresis. La histéresis se refiere a un atraso de B respecto a H.

Curva de Magnetización de dc o normal, La excitación cíclica de amplitudes menores de B y H; se exhibe lazos menores de Histéresis, la unión de los puntos vértices máximos, obtiene una curva conocida como la curva de magnetización del material, muy utilizado para los cálculos de ingeniería de diseño de maquinas elèctricas.

La permeabilidad diferencial (μ d) del material, es la relación de B y H que varía con las variaciones de los puntos B y H.

Materiales ferromagnéticos suaves y duros , son los materiales que tienen bajo valor de Hc y su magnetización es fácil. En cambio cuando tiene un valor alto de Hc su magnetización es dura. Existen métodos de aleaciones para obtener materiales ferromagnéticos propiedades magnéticas mejoradas.

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EXCITACIÓN DE ESTRUCTRAS FERROMAGNÉTICAS CON CA.

Los materiales ferromagnéticos usados en el diseño de transformadores maquinas eléctricas de C.A. son los conocidos como blandos que tengan alta permeabilidad y baja coercitividad con la finalidad de obtener pérdidas moderadas debido al proceso de magnetización de esta estructura con corriente de excitación de C.A. Estas pérdidas en el hierro son debido al fenómeno de la histéresis y a las corrientes parásitas de eddy inducidas en el núcleo.

PÉRDIDAS POR HISTÉRESIS.Las pérdidas referidas a la histéresis son por el movimiento de los dominios durante los ciclos de magnetización y fue deducido por Steinmetz, y se puede analizar de la siguiente expresión:

De la ecuación representa el área del lazo de Histéresis.

Si la expresión es periódica a una razón de f por segundos, las pérdidas se pueden expresar en forma práctica por la formula de Steinmetz.

n = (1.5 – 2.5) – exponente de Steinmetz)

Kh = cosntante de Steinmetz que dependen del material ferromagnético.

PÉRDIDAS POR CORRIENTES PARÁSITAS (DE EDDY).

Cuando el núcleo se expone a campos magnéticos variables en el tiempo, se induce voltajes C.A. y al mismo tiempo corrientes conocidas como las corrientes de Eddy, llamadas también

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corrientes parásitas o corrientes de remolino, se producen como efecto de la inducción electromagnética.

Forma de la corriente de excitación de un bobinado con núcleo de hierro.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL .

a) Montar el circuito de la figura Nº 01

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b) Utilizar el osciloscopio en la configuración de barrido horizontal externo.

c) Ajuste la ganancia horizontal y vertical adecuadamente.

d) Varié la tensión de salida de la fuente a 30, 60, 90 y 110 volt.

e) Medir los voltajes en las entradas vertical y horizontal del osciloscopio con el multimetro.

f) Tomar los datos del amperímetro y voltímetro instalados.

5. RESULTADOS:

Se obtuvieron los siguientes resultados:

Nº Vent (voltios)

A (mA) Vsal (V)

1 145 450 2742 110.3 200 2103 70

110132

4 39 70 73

6. CUESTIONARIO.

Explique: ¿Qué son las pérdidas por Histéresis?

Las perdidas por histéresis son las perdidas irremediables de energía almacenada en el núcleo de en forma de calor. Estas perdidas son debidas esencialmente al magnetismo remanente que retiene todo material ferromagnético y son proporcionales al área encerrada por la curva de histéresis que se puede ver en la Fig. 03.

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Justifique los aspectos de las formas de onda de la corriente de vació encontradas.

Se produce por medio de perdidas histéresis, debido al tipo de material que se usa en un transformador, las ondas varían de acuerdo al voltaje sometido por el auto transformador

Trazar las curva V – I, justifique la tendencia del gráfico.

En la siguiente figura se ve como mientras V aumenta entonces I aumenta por lo tanto se cumple: V=I.R ya que el alambre de la bobina tiene una resistencia constante.

Vent (voltios)

I (mA)

145 450

110.3 20076 11039 70

Realice un bosquejo de la figura con los voltajes de las entradas vertical y horizontal, en papel milimetrado para cada caso y discuta sus resultados en forma resumida.

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Fig. 03 Curva de histéresis trazada por el flujo en un núcleo cuando se le aplica la

corriente i(t)

B

C

D

G

H

I

J K

L

M

N

O

P

Q

R

E

F

A

V

t

Curva mostrada en la pantalla del Osciloscopio con los puntos de referencia indicados..

Figura N° 2

Plantee si es posible un método para calcular las pérdidas de Foucault que se originan en el núcleo.

Las pérdidas por corrientes de Foucault o corrientes parasitarias, podremos tener una idea más precisa al respecto si consideramos, la figura A en la cual apreciamos un supuesto núcleo magnético macizo

Para contrarrestar el efecto de estas corrientes parasitarias, es posible llegar a una solución muy interesante, basada en ofrecer máxima resistencia transversal a las mismas. Esto se consigue integrando el núcleo magnético mediante un conjunto de láminas delgadas de hierro, superpuestas una sobre la otra y aisladas entre sí mediante un baño goma laca o barniz. En la figura podemos apreciar en forma somera el efecto de reducción de las corrientes circulares. Naturalmente, que estas se producen lo mismo, pero debido a que el hierro tiene ya menor sección, el valor alcanzado por las corrientes de Foucault es sensiblemente más reducido, disminuyendo en consecuencia las pérdidas. En la práctica, los transformadores se construyen con gran número de láminas muy delgadas de hierro silicio, aisladas entre sí y fuertemente comprimidas.

Fig A. - Núcleo magnético laminado utilizado en los transformadores a fin de reducir las pérdidas de potencia

por corrientes de Foucault .

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Explique Ud. ¿Cómo y porque se logra obtener el Ciclo de Histéresis en la pantalla del osciloscopio?, ¿Qué principio se utiliza para lograrlo?

Las señales de onda que se logran obtener en la pantalla del osciloscopio (curva característica de la pérdida de energía por histéresis), se logran alimentando un transformador en vació con una señal de tensión alterna, estos conectados adecuadamente en un circuito a un condensador y una resistencia de 15 ,y a su vez también conectando en paralelo los canales 1 y 2 del osciloscopio. De tal manera que al hacer variar el voltaje de alimentación se verá como se forma el lazo de histéresis.El ciclo obtenido representa las pérdidas que se dan en el circuito y en el transformador conectado en vacío.

Realice las conclusiones, observaciones y sugerencias respectivas.

Comprobamos experimentalmente que los materiales ferromagnéticos tiene pérdidas por histéresis, apreciándose muy claramente mediante el osciloscopio en la experiencia.

También demostramos que un transformador trabaja a su máxima eficiencia hasta un cierto nivel de tensión y que pasado, se satura presentando pérdidas que influirán notoriamente en su rendimiento.

Se notó que al momento de la toma de datos, se cometió errores debido a la lectura y principalmente debido a factores de escala y rango.

También podemos decir que las pérdidas no solo se presentan en el transformador sino que también se dan por el consumo especifico de los instrumentos, la resistencia de los conductores el mal aislamiento de las conexiones y otros.

primer diagrama obtenido en el laboratorio

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DSC00729.JPG

Segundo diagrama obtenido en el laboratorio

DSC00730.JPG

tercer diagrama obtenido en el laboratorio

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Cuarto diagrama obtenido en el laboratorio

Quinto diagrama obtenido en el laboratorio

7. BIBLIOGRAFÍA.

STEPHEN J. CHAPMAN Máquinas Eléctricas.

IRVING L. KOSOW Máquinas Eléctricas y

Transformadores.

IRVING L. KOSOW Máquinas Eléctricas y

Transformadores.

ENRIQUE RAS OLIVA Transformadores.

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