Circuitos Magnticos y Materiales Magnticos Introduccin Saturacin e Histresis Excitacin en Corriente Alterna Prdidas en el NcleoCircuitos Magnticos y Materiales MagnticosIntroduccin Medianteel empleodematerialesmagnticosesposibleobtenergrandes densidades de flujo a niveles bajos de fuerza magnetizante( i ). Sepuedenutilizarmaterialesmagnticosparadelimitarydirigircampos en trayectorias definidas. Enuntransformador, seutilizanparamaximizarel acoplamientoentre los devanados, as como para disminuir la corriente deexcitacin necesaria para la operacin del transformador. En las mquinas se utilizan para dar forma a los campos, de modoque se logren hacer mximas las caractersticas de produccin detorque.Circuitos Magnticos y Materiales MagnticosSaturacin e Histresis La permeabilidad efectiva, igual a la relacin de la densidadtotal de flujo con la fuerza magnetizante, es grande encomparacin con la permeabilidad del vaco. Este comportamiento se mantiene hasta que todos losmomentos magnticos estn alineados con el campoaplicado. En este punto ya no se puede contribuir al crecimiento de ladensidad deflujomagntico, luego, se dicequeel materialest completamente saturado (Saturacin). La relacin B-H no es lineal y adems adopta valoresmltiples. En general no se puede describir analticamente. Por lo general se presenta en forma grfica como unconjunto de curvas determinadas empricamente. La curva que ms se usa para describir un materialmagntico es la curva B-H, o lazo de histresis.Circuitos Magnticos y Materiales MagnticosSaturacin e Histresis Estos lazos muestran la relacin entre ladensidaddeflujomagnticoBylafuerzamagnetizante H. Cada curva se obtiene al variar enformacclica la fuerza magnetizante aplicada entrevalores iguales, positivo y negativo, demagnitud fija. La histresis hace que estos curvas tenganvalores mltiples. Despus de varios ciclos, las curvas B-Hforman circuitos cerrados.Circuitos Magnticos y Materiales MagnticosSaturacin e Histresis Para muchas aplicaciones de ingenierabasta describir el material por medio de lacurva trazada a travs de los valoresmximosdeByH, enlaspuntasdeloslazos de histresis. A esta grfica se le llama curva demagnetizacin. Esta curva omite la naturaleza dehistresis del material, pero muestraclaramente su caracterstica no-lineal.Circuitos Magnticos y Materiales MagnticosSaturacin e HistresisCircuitos Magnticos y Materiales MagnticosExcitacin en Corriente Alterna En los sistemas de potencia las ondas de tensin y flujo se aproximanmucho a funciones sinusoidales. Ahora describiremos las caractersticas de excitacin y prdidasasociadas con el funcionamiento de los materiales magnticos encorriente alterna. Se utilizar un circuito magntico simple, es decir, sin entrehierro. Asumamos una variacin sinuosidal para el flujo, esto es: De acuerdo a la ley de Faraday la tensin inducida en un devanado de Nvueltas es :t) sen( B A t) sen( (t)max max = =| |t) cos( E t) cos( N e(t)max max = = |max max maxB A N f 2 N E = = |Circuitos Magnticos y Materiales MagnticosExcitacin en Corriente Alterna En el funcionamiento en estado estacionario, por lo general,interesan ms los valores rms de tensiones y corrientes, luego: Debido a la importancia de esta relacin en la teora de mquinas,volveremos a utilizarla. Para producir el campo magntico en el ncleo se necesitacorriente, denominada corriente de excitacin (corrientemagnetizante). Las propiedadesmagnticas nolineales del ncleohacenque laonda de esta corriente difiera de la forma de onda sinusoidal delflujo.max max rmsB A N f 2 B A N f2 2E = =Circuitos Magnticos y Materiales MagnticosPrdidas en el Ncleo Existen dos formas de prdidas en los materiales magnticos que estnasociadas a los flujos variables en el tiempo. La primera es el calentamiento hmico asociado a las corrientesparsitas. Se producen corrientes parsitas que circulan en el material del ncleoy se oponen al cambio de la densidad de flujo. Para contrarrestar este efecto desmagnetizador, debe aumentar lacorriente en el devanado de excitacin. Parareducir losefectosdelascorrientesparsitas, lasestructurasmagnticas se fabrican -en general- en forma de hojas delgadas,laminadas. Las prdidas por corrientes parsitas se disipan en forma de caloren el ncleo. Dependencuadrticamante de la frecuencia del flujo( v ) ytambin dependen cuadrticamante de la densidad mxima de flujo( v2 ).Circuitos Magnticos y Materiales MagnticosPrdidas en el NcleoCircuitos Magnticos y Materiales MagnticosPrdidas en el Ncleo La segunda forma de prdidas se debe a las prdidas por histresis delmaterial. Utilizandolarelacindelaenergadelainductanciaenuncircuitomagntico : Existe un consumo neto de energa en el material. Estaenerga senecesita paraorientar losdipolosmagnticosenelmaterial y se disipa en forma de calor. Paradeterminadonivel deflujo( v)lasprdidasporhistresissonproporcionales a la frecuencia de la excitacin aplicada.} } } = |.|

\|= = dB H l A dB) N (ANl Hd i W