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LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS I ENSAYO III 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 vacío). 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. CANAZA ORTIZ, Renso Página 1

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LABORATORIO DE MAQUINAS ELCTRICAS I

LABORATORIO DE MAQUINAS ELCTRICAS I

ENSAYO IIICOMPORTAMIENTO MAGNETICO DE LOS MATERIALES FERROMAGNETICOS1. OBJETIVOS.

Estudiar las propiedades magnticas de la materiales ferromagnticos.

Verificacin de la forma de onda de corriente de magnetizacin (corriente de vaco).2. MATERIAL UTILIZADO.

01 Autotransformador de 0 260 V.

01 Transformador de 1 KVA, 220/110 V.

01 Voltmetro de 0 750 V.

01 Ampermetro de 0 10 A.

02 Resistencias de 15 ( y 60 K(.

01 Osciloscopio de precisin.

01 Condensador de 20 (F 250 V.

01 Multmetro Sanwa.

Conductores y conectores.

3. RESUMEN TERICO.

MATERIALES FERROMAGNCTICOS.Las propiedades de los materiales magnticos se explican a travs del momento magntico atmico que poseen las cargas en el movimiento de su orbita y de los espines.

Los materiales ferromagnticos esta compuesto de hierro aleado con cobalto, tungsteno, nquel, aluminio y otros metales tratados o no trmicamente y cierto porcentaje de silicio. La finalidad de uso de ncleos ferromagnticos son: obtener altas densidades con bajas fmm y delimitar o dirigir a los campos en trayectorias bien definidas.CARACTERSTICAS BH DE LOS MATERIALES FERROMAGNETICOS

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 saturacin; pero cuando se reduce a cero la H, el ncleo no retorna totalmente la energa 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 magnetizacin inversa, conocida como fuerza coercitiva. Lazo de histresis, cuando llega a cero (B=0) y con el incremento de la fuerza de magnetizacin, se incrementa B rpidamente en sentido negativo a la densidad mxima. Si nuevamente se elimina la Br negativa y se incrementa la fuerza en sentido positivo se cierra la caracterstica BH, formando un lazo (o ciclo) llamado lazo de Histresis. La histresis se refiere a un atraso de B respecto a H. Curva de Magnetizacin de dc o normal, La excitacin cclica de amplitudes menores de B y H; se exhibe lazos menores de Histresis, la unin de los puntos vrtices mximos, obtiene una curva conocida como la curva de magnetizacin del material, muy utilizado para los clculos de ingeniera de diseo de maquinas elctricas.

La permeabilidad diferencial (d) del material, es la relacin de B y H que vara con las variaciones de los puntos B y H. Materiales ferromagnticos suaves y duros, son los materiales que tienen bajo valor de Hc y su magnetizacin es fcil. En cambio cuando tiene un valor alto de Hc su magnetizacin es dura. Existen mtodos de aleaciones para obtener materiales ferromagnticos propiedades magnticas mejoradas.

EXCITACIN DE ESTRUCTRAS FERROMAGNTICAS CON CA.Los materiales ferromagnticos usados en el diseo de transformadores maquinas elctricas de C.A. son los conocidos como blandos que tengan alta permeabilidad y baja coercitividad con la finalidad de obtener prdidas moderadas debido al proceso de magnetizacin de esta estructura con corriente de excitacin de C.A. Estas prdidas en el hierro son debido al fenmeno de la histresis y a las corrientes parsitas de Eddy inducidas en el ncleo.PRDIDAS POR HISTRESIS.

Las prdidas referidas a la histresis son por el movimiento de los dominios durante los ciclos de magnetizacin y fue deducido por Steinmetz, y se puede analizar de la siguiente expresin:

De la ecuacin representa el rea del lazo de Histresis.

Si la expresin es peridica a una razn de f por segundos, las prdidas se pueden expresar en forma prctica por la frmula de Steinmetz.

n = (1.5 2.5) exponente de Steinmetz)

Kh = Constante de Steinmetz que dependen del material ferromagntico.

PRDIDAS POR CORRIENTES PARSITAS (DE EDDY).Cuando el ncleo se expone a campos magnticos variables en el tiempo, se induce voltajes C.A. y al mismo tiempo corrientes conocidas como las corrientes de Eddy, llamadas tambin corrientes parsitas o corrientes de remolino, se producen como efecto de la induccin electromagntica.

Forma de la corriente de excitacin de un bobinado con ncleo de hierro.

4. PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.

a) Montar el circuito de la figura N 01

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

c) Ajuste la ganancia horizontal y vertical adecuadamente.

d) Vari la tensin 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 multmetro.

f) Tomar los datos del ampermetro y voltmetro instalados.

5. RESULTADOS:Se obtuvieron los siguientes resultados:NV (Volt)

132.4

264

395

4105.4

5125.9

6. CUESTIONARIO. Explique: Qu son las prdidas por Histresis?Las perdidas por histresis son las perdidas irremediables de energa almacenada en el ncleo en forma de calor. Estas perdidas son debidas esencialmente al magnetismo remanente que retiene todo material ferromagntico y son proporcionales al rea encerrada por la curva de histresis que se puede ver en la Fig. 03.

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

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

Trazar las curva V I, justifique la tendencia del grfico.

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)

32.4

64

954

105.4

125.9

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.Curva mostrada en la pantalla del Osciloscopio con los puntos de referencia indicados. Se muestra en la parte final del informe. Plantee si es posible un mtodo para calcular las prdidas de Foucault que se originan en el ncleo.

Las prdidas por corrientes de Foucault o corrientes parasitarias, podremos tener una idea ms precisa al respecto si consideramos, la figura A en la cual apreciamos un supuesto ncleo magntico macizo

Para contrarrestar el efecto de estas corrientes parasitarias, es posible llegar a una solucin muy interesante, basada en ofrecer mxima resistencia transversal a las mismas. Esto se consigue integrando el ncleo magntico mediante un conjunto de lminas delgadas de hierro, superpuestas una sobre la otra y aisladas entre s mediante un bao goma laca o barniz. En la figura podemos apreciar en forma somera el efecto de reduccin de las corrientes circulares. Naturalmente, que estas se producen lo mismo, pero debido a que el hierro tiene ya menor seccin, el valor alcanzado por las corrientes de Foucault es sensiblemente ms reducido, disminuyendo en consecuencia las prdidas. En la prctica, los transformadores se construyen con gran nmero de lminas muy delgadas de hierro silicio, aisladas entre s y fuertemente comprimidas.

Fig A. - Ncleo magntico laminado utilizado en los transformadores a fin de reducir las prdidas de potencia por corrientes de Foucault. Qu principio se utiliza para lograr el ciclo de histresis

Las seales de onda que se logran obtener en la pantalla del osciloscopio (curva caracterstica de la prdida de energa por histresis), se logran alimentando un transformador en vaci con una seal de tensin alterna, estos conectados adecuadamente en un circuito a un condensador y una resistencia de 15 ( ,y a su vez tambin conectando en paralelo los canales 1 y 2 del osciloscopio. De tal manera que al hacer variar el voltaje de alimentacin se ver como se forma el lazo de histresis.

El ciclo obtenido representa las prdidas que se dan en el circuito y en el transformador conectado en vaco.

7. CONCLUSIONES. Comprobamos experimentalmente que los materiales ferromagnticos tiene prdidas por histresis, aprecindose muy claramente mediante el osciloscopio en la experiencia.

Tambin demostramos que un transformador trabaja a su mxima eficiencia hasta un cierto nivel de tensin y que pasado, se satura presentando prdidas que influirn notoriamente en su rendimiento.

8. BIBLIOGRAFA. STEPHEN J. CHAPMANMquinas Elctricas.

IRVING L. KOSOW Mquinas Elctricas y Transformadores.

Fuentes de internetFig. 03 Curva de histresis trazada por el flujo en un ncleo cuando se le aplica la corriente i(t)

CANAZA ORTIZ, RensoPgina 9

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