LABORATORIO DE MAQUINAS ELÉCTRICAS

CARACTERISTICAS DE LOS CIRCUITOS MAGNETICOS

I. OBJETIVOS Determinar a partir de pruebas experimentales las características de

Magnetización de un material Ferromagnético en un reactor con núcleo de Hierro.

Observación de Lazo de Histéresis Dinámica y de la forma de onda de la corriente de excitación. Así mismo se presenta un método para efectuar la separación de pérdidas en el núcleo.

II. FUNDAMENTO TEORICOCURVA DE MAGNETIZACION

La característica principal de los materiales magnéticos es que su comportamiento magnético que se resume en su CURVA DE MAGNETIZACION que resulta de graficar la ecuación: β=µH , donde la permeabilidad magnética µ del núcleo es considerada constante o lineal solo en la zona no saturada.

La curva de magnetización de un material magnético es pues su curva B vs H; se obtiene aplicando una corriente continua a la bobina arrollada en el núcleo mostrado, comenzando con 0 amperios y luego lentamente hasta la corriente máxima permisible; observándose que a medida que se aumenta la corriente en la bobina (NI), aumentara la intensidad de campo H y a cada valor de H le corresponde un valor de B.

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La pendiente de la curva B-H es por definición la permeabilidad (µ) del núcleo, pues se cumple: tg α = (∆B/∆H) =µ, es decir a cada valor de H le corresponde un valor de B.

La curva muestra que la permeabilidad es grande y relativamente constante en la región no saturada y luego decrece gradualmente hasta un valor muy pequeño (a-b-c) cuando el núcleo está muy saturado.

PERDIDAS EN NUCLEOS MAGNETICOSSi alimentamos con corriente continua a una bobina con núcleo de hierro, podemos observar que no se produce calentamiento en el hierro, las únicas perdidas serán las que se producen en la resistencia interna de la bobina. En cambio si la corriente de magnetización es alterna, se observara que el núcleo se calienta y se producen unas nuevas pérdidas llamadas “perdidas en el núcleo”, pues son debidas a la variación del campo magnético y flujo magnético. Estas pérdidas son de dos tipos.

a. PERDIDAS POR HISTERESISLa aparición de pérdidas por histéresis está íntimamente asociada al fenómeno por el cual una región atravesada por un campo magnético, absorbe energía. Si la región no es el vacío, tan solo una parte de la energía tomada por el circuito eléctrico se almacena y recupera totalmente de la región ,al suprimir el campo magnético. El resto de la energía se convierte en calor a causa del trabajo realizado sobre el material en el medio cuando responde a la imanación.

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b. PERDIDAS POR CORRIENTES PARASITAS O DE FOUCAULTSe producen en cualquier material conductor cuando están sometidos a una variación de flujo magnético, como los núcleos de los transformadores están hechos de materiales magnéticos y estos materiales son buenos conductores, se genera una fuerza electromotriz inducida que originan corrientes que circulan en un mismo sentido dando lugar al denominado efecto joule.

Las pérdidas por corrientes parasitas dependerán del material con el que está hecho el núcleo magnético del transformador.

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III. EQUIPOS Y/O INSTRUMENTOS A UTILIZAR 1 reactor con núcleo de hierro 1 autotransformador variable 1 resistencia de 60K Ohm 1 reóstato de 4.5 Ohm y 4A 1 resistencia de 100K Ohm 1 condensador de 19.4µF 220V 1 amperímetro AC 1 voltímetro monofásico de AC de 220V 1 Osciloscopio analógico 1 multímetro digital 12 conectores

IV. PROCEDIMIENTO Obtención de la característica B-H. Armar el circuito siguiente:

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NOTA: antes de energizar el circuito, el autotransformador deberá estar en la posición de salida de cero voltios después de comprobar la corrección de las conexiones, cerrar el interruptor S1 alimentando el autotransformador y elevar la tensión aplicada hasta un 50% sobre la tensión nominal.Comprobando el adecuado funcionamiento de todos los instrumentos y elegidos los rangos convenientemente, reducir la tensión a cero.Nuevamente elevar la tensión en forma progresiva registrando valores de tensión y corriente. Hacer mediciones hasta un 20% sobre la tensión nominal.

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OBSERVACION DEL LAZO DE HISTERESIS Y LA FORMA DE ONDA DE LA CORRIENTE DEL REACTOR

V. CUESTIONARIO1. Trazar la curva V vs I. explique su tendencia.

I(A) V(V)

0.2 480.23 560.29 710.35 820.4 900.45 980.55 110

0.15 0.2 0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.60

20

40

60

80

100

120

4856

7182

9098

110

I(A)

V(V

)

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2. Elaborar un circuito equivalente del reactor para una tensión 110 voltiosPara una tensión de 110V se obtiene de la gráfica los valores de I=0.55A

g

1kΩ

b1mH

Utilizando las siguientes formulas:

Y reemplazando los valores correspondientes

g=6 .5

1102=0 .537m

b=√(0 .556 .5 )2

−(0 .537mS)2=84 .61mS

En esta ocasión asumiremos que las pérdidas debido al alambrado es ceroR≃0Quedando el siguiente circuito equivalente:

g1kΩ b

1mH

84.61mS0.537mS

3. Diga usted porque se denomina a lo realizado en la pregunta anterior “circuito equivalente”.Un reactor puede ser representado mediante un circuito eléctrico equivalente la cual debe ser representar exactamente todas las consideraciones previstas en el funcionamiento del reactor, tales como:

Parámetros eléctricos de excitación V e Ie eficaces La resistencia interna de la bobina R Las dos componentes de la corriente de excitación:

o La componente de perdidas Ir y la componente de magnetización Im tal que cumplan: Ie=Ir+ℑ

Las oposiciones a Ir e Im, que son:o La oposición a Ir, o sea la resistencia de pérdidas en el

hierro o su conductancia equivalente: g=¿o La oposición a Im, o sea, la reactancia magnetizante Xm

o su suceptancia equivalente: b=¿

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4. Explicar el principio de funcionamiento del circuito para la observación de Lazo de Histéresis.

Para obtener el lazo de histéresis en el osciloscopio, configuramos y conectamos de la siguiente manera:

Mostrar las señales de los dos canales. Conectamos las salidas verticales (eje Y) de cada canal a los

extremos del condensador. Luego, análogamente conectamos las salidas horizontales de

cada canal a los extremos del reóstato. Debemos tomar como punto común (digamos tierra), el nodo

que está entre el condensador y el reóstato. Ya que la caída de potencial en el condensador está

relacionado con el flujo magnético, entonces también está relacionado con la densidad de flujo magnético. Entonces la representación en abscisas de la caída de potencial en la resistencia del primario es proporcional a la intensidad de campo magnético aplicado y la representación en ordenadas del voltaje de salida del condensador es proporcional a la densidad de flujo magnético, los cual nos da el ciclo de histéresis del material.

Así que simplemente con conocer unos pocos datos fáciles de determinar, podemos conocer el campo magnético que se ha inducido con el circuito primario.

A continuación les mostramos el grafico obtenido con el osciloscopio.

El siguiente grafico debería ser el correcto.

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5. Describa porque varía el Lazo de Histéresis al variar la tensión. ¿Sucedería lo mismo al variar la frecuencia?El lazo de histéresis varía cuando modificamos la el voltaje ya que al variar éste también varía el flujo magnético, entonces necesariamente debe variar el campo magnético y la intensidad de campo magnético.

Si variamos la frecuencia no debería variar ya que el voltaje en el condensador y la resistencia no dependen de ella ya que el voltaje máximo de la onda senoidal no varía al variar la frecuencia.

VI. ConclusionesVII. Bibliografía

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