UNIVERSIDAD CATÓLICA DE SANTA MARIA

FACULTAD DE CIENCIAS E INGENIERIAS

FÍSICAS Y FORMALES

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÍA

MECÁNICA, MECÁNICA-ELÉCTRICA Y MECATRÓNICA

CURSO:

Maquinas Eléctricas

PROFESOR:

INGº Luis Adrian Chirinos Apaza

Alumno:

Paz Pinto, José Augusto

AREQUIPA – PERU

CICLO DE HISTÉRESIS

1) Objetivos

Determinación de la curva de magnetización del material ferromagnético y las pérdidas en el material ferromagnético del núcleo. Observación del lazo de histéresis de diversos reactores de diferentes características.

2) Marco Teórico

- Calidad de los Materiales ferromagnéticos.

En una máquina eléctrica, son los componentes que permiten la concentración de las líneas de campo magnético que se producen en las bobinas y facilitando la transferencia de potencia de un circuito a otro. El tipo de fundición determina la calidad del acero laminado o fundido y enriquecido con silicio para formar las distintas clases de chapas, que son exclusivamente empleados en máquinas eléctricas.

El punto de vista básico para elegir el material depende del tipo de flujo, si va a ser constante o variable. Si el valor del flujo en una determinada parte se mantiene constante en magnitud y sentido, no se originan pérdidas en el hierro en dicha parte, por lo que podrán ser utilizados núcleos masivos formados de una pieza y construidos de acero moldeado, fundición o similares. Si el flujo en una parte del circuito magnético ha de ser variable, dará lugar a pérdidas en el hierro de esa parte, por lo que en tal caso es preciso recurrir al empleo de chapas magnéticas.

- Clasificación de las chapas.

Desde el punto de vista de su composición y características, se clasifican las chapas magnéticas en ordinarias, superiores y extra superiores.

CHAPAS ORDINARIAS.

Valor de pérdidas totales 3,6W/Kg. Su permeabilidad es muy buena, pero debido a sus elevadas pérdidas son poco empleadas.

CHAPAS SUPERIORES

Valor de pérdidas totales 2,6W/Kg. Es la más empleada en la construcción de máquinas rotativas, menor pérdidas que las ordinarias y su permeabilidad es inferior.

CHAPAS EXTRASUPERIORES

Valor de pérdidas totales 1,6W/Kg. Son exclusivamente empleadas en transformadores son de grano orientado y son muy frágiles, en máquinas rotativas no son usadas porque se romperían con facilidad. Su permeabilidad está muy próxima a la de las ordinarias.

- PÉRDIDAS EN EL HIERRO

La variación del flujo en una determinada parte del circuito magnético puede resultar por cualquiera de los motivos siguientes:

-Porque el flujo es alterno.

-Porque aun conservando el flujo un valor constante, presenta un movimiento relativo respecto a la parte considerada del circuito magnético. Ese movimiento relativo puede resultar de un desplazamiento del flujo, permaneciendo fija la parte que se considera del circuito magnético o por un desplazamiento de dicha parte, conservándose fija la dirección del flujo.

Para reducir la potencia que se pierde por efecto de la histéresis se emplean chapas magnéticas sometidas a un adecuado proceso de recocido.

Para reducir la pérdida de potencia por corrientes parásitas o de Foucault es conveniente que las partes del circuito magnético, recorridas por un flujo variable, estén constituidas por un cierto número de chapas de hierro de poco espesor (0,5mm en las máquinas rotativas y 0,35mm en los transformadores) convenientemente aisladas entre sí por medio del propio óxido de las chapas, papel o barniz aislante.

Al efectuar el montaje del núcleo magnético, es imprescindible disponer de las chapas de manera que queden en planos paralelos a la dirección del flujo ó en planos perpendiculares al eje del rotor cuando se trate de máquinas rotativas.

- HISTÉRESIS

La histéresis es la tendencia de un material a conservar una de sus propiedades, en ausencia del estímulo que la ha generado. Podemos encontrar diferentes manifestaciones de este fenómeno. Por extensión se aplica a fenómenos que no dependen sólo de las circunstancias actuales, sino también de cómo se ha llegado a esas circunstancias.

MATERIAL DURO MATERIAL BLANDO

- HISTÉRESIS MAGNÉTICA

En física se encuentra, por ejemplo, histeresis magnética si al magnetizar un ferromagneto éste mantiene la señal magnética tras retirar el campo magnético que la ha inducido. También se puede encontrar el fenómeno en otros comportamientos electromagnéticos, o los elásticos.

La histéresis magnética, es el fenómeno que permite el almacenamiento de información en los platos de los discos duros o flexibles de los ordenadores: el campo induce una magnetización, que se codifica como un 0 o un 1 en las regiones del disco. Esta codificación permanece en ausencia de campo, y puede ser leída posteriormente, pero también puede ser invertida aplicando un campo en sentido contrario.

Para poder conocer el ciclo de histéresis de un material, se puede utilizar el magnetómetro de Köpsel, que se encarga de proporcionarle al material

ferromagnético los cambios senoidales de la corriente eléctrica para modificar el sentido de los imanes.

En electrotecnia se define la histéresis magnética como el retraso de la inducción respecto al campo que lo crea.

Se produce histéresis al someter al núcleo a un campo creciente, los imanes (o dipolos) elementales giran para orientarse según el sentido del campo. Al decrecer el campo, la mayoría de los imanes elementales recobran su posición inicial, sin embargo, otros no llegan a alcanzarla debido a los rozamientos moleculares conservando en mayor o menor grado parte de su orientación forzada, haciendo que persista un magnetismo remanente que obligue a cierto retraso de la inducción respecto de la intensidad de campo.

Las pérdidas por histéresis representan una pérdida de energía que se manifiesta en forma de calor en los núcleos magnéticos. Con el fin de reducir al máximo estas pérdidas, los núcleos se construyen de materiales magnéticos de características especiales, como por ejemplo acero al silicio.

La pérdida de potencia es directamente proporcional al área de la curva de histéresis.

- PUENTE DE WHEATSTONE

Un puente de Wheatstone se utiliza para medir resistencias desconocidas mediante el equilibrio de los brazos del puente. Estos están constituidos por cuatro resistencias que forman un circuito cerrado, siendo una de ellas la resistencia de bajas medidas.

3) Elementos a utilizar

03 Transformadores de 0.5 y 0.35 KVA, 60 Hz, 220/110 V 01 Autotransformador variable de 0 – 220 V 01 Resistencia cursor de 4800 Ω, 01 Reóstato de 11 Ω 02 Condensadores de 10 µF 01 Amperímetro de C.A., 01 Voltímetro de C.A. 01 Vatímetro de 0 – 5 A, 240 V

01 Osciloscopio 01 Puente de Wheatstone

4) ACTIVIDADES

1) Ensayo de las características de Excitación. Tomar el bobinado de B.T. (110V) y armar el circuito de la figura 1. después de verificar las conexiones del circuito energizar incrementando la tensión de alimentación desde 0 V de 10 en 10 V hasta el 120% de la Un (tensión nominal), tomando los siguientes dato del circuito: V, I, W, determinar el valor de S y el valor de Q en una tabla. Después de des energizado el circuito medir la resistencia del bobinado con el puente de Wheatstone.

MEDICION CON EL PUENTE WHEATSTONE

- R ( X1 – X2 ) = 0.538 mΩ- R ( H1 – H2 ) = 0.810 mΩ

2) Observación del Lazo de Histéresis. Utilizando los instrumentos adecuados se puede observar en forma aproximada el ciclo de histéresis, para esto se debe armar el circuito de la figura 2, hacer variar la tensión de salida del autotransformador de 20, 40, 60, 80, 100 y 120% de Un (tensión nominal). Observar como varia la forma de la figura en el osciloscopio

3) Tamaño y forma del Lazo de histéresis de diversos reactores. Con el circuito de la figura 2 y solo la tensión nominal conectar diferentes reactores (tamaños y materiales del núcleo). Observar, dibujar y comparar los diferentes lazos obtenidos para cada reactor, tomando los valores de la corriente de excitación.

5) CUESTIONARIO

1) ¿Qué es el circuito equivalente de una máquina eléctrica? Y ¿en qué es equivalente?Un circuito equivalente es un modelo simplificado de la máquina compuesto por distintos elementos ideales. Cada elemento pretende considerar un fenómeno asociado a la máquina. El circuito equivalente permite calcular todas las variables incluidas pérdidas y rendimiento .Los elementos del circuito equivalente se obtienen mediante ensayos normalizados.Llamamos circuito equivalente de un transformador real a aquel que al escribir sus ecuaciones, obtengamos las que corresponden al transformador.

2) Hallar el circuito equivalente del reactor para su tensión nominal.

El circuito equivalente de un reactor es dos arrollamientos o devanados en el que sus lados primarios y secundarios están relacionados mediante la relación de transformación N1/N2. El siguiente circuito representa un transformador monofásico o cualquiera de las fases de un transformador trifásico en donde se plantea un régimen de pérdidas de cobre y donde se adecua una impedancia para calculas las corrientes alternas de entrada y salida así como los voltajes.

3) Por qué el área y la forma del lazo de histéresis de los reactores son diferentes para una misma tensión aplicada. Describir la variación del lazo de histéresis con la tensión aplicada.

Debido a que el ciclo de histéresis depende de los materiales del transformador, de la carga o resistencia que es utilizada, así como de la corriente y el voltaje suministrados.

4) Por qué los reactores tienen diferentes corrientes de excitación para una tensión nominal.

Porque la corriente de excitación es también la corriente total en vacío, en el núcleo, y esta es simplemente, la suma de la corriente excitación se llama la de magnetización que es la corriente necesaria para producir el flujo en el núcleo del transformador y la corriente por pérdidas en el núcleo que es la corriente necesaria para compensar las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas.

5) Observaciones

Para usar el Puente de Wheatstone se tiene que mantener presionado dos botenes para así lograr la medición correcta.

No se ha podido realizar las partes 2 y 3 de la sección de actividades, debido a la falta de los instrumentos necesarios para tal fin.

La precisión de los dispositivos digitales no es tan alta como la de los analógicos.

6) Conclusiones

El área de la curva de histéresis es proporcional a la energía disipada en forma de calor.

Con el uso de chapas se mejora la eficiencia de una maquina eléctrica.

Si existe alto contenido de silicio el ciclo de histéresis tendera a tener menor área y esto implica menor disipación de energía. Por lo tanto esto lo hace mas eficiente.

7) Bibliografía

- http://es.wikipedia.org/wiki/Reactor_en_l%C3%ADnea- http://es.wikipedia.org/wiki/Puente_de_Wheatstone- http://educativa.catedu.es/44700165/aula/archivos/repositorio/2750/2957/html/

24_histresis_magntica.html