Actuadores
Dr. Adel Fernndez Prieto
ITESM Ciudad Jurez
Sumario
Circuitos Magnticos
Definiciones
Relaciones importantes
Reluctancia
Inductancia
Circuito Equivalente
Histresis
Magnetizacin
Corriente de excitacin
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Relacin
Una corriente por un conductor produce un campo magntico de intensidad .
Su relacin est dada por la ley de Ampere
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Camino cerrado
Ejemplo:
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Relacin
La intensidad del campo magntico H produce una densidad de flujo magntico :
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: permeabilidad del medio : permeabilidad del espacio libre (aire) : Permeabilidad relativa del medio
Mientras mayor es , menor corriente se necesita para generar un flujo magntico
Circuito magntico equivalente
Toroide: La corriente fluye a travs de un devanado de vueltas:
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: se define como fuerza magneto motriz (fmm)
La mayor parte del flujo va por el ncleo, aunque existe un pequeo flujo de fuga (leakage flux) por fuera del ncleo
Circuito magntico equivalente
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Ley de Gauss: Flujo a travs de la seccin A
Reluctancia: Oposicin al flujo magntico
Depende de la geometra el material del ncleo
Circuito magntico equivalente
Anlisis por analoga con circuitos elctricos
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: Fuerza magneto motriz (fmm)
=
=
=
E
Curva de magnetizacin
Si se aumenta la corriente por el conductor, aumenta la intensidad del campo , pero llega el momento en que se satura:
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La reluctancia no es constante, depende de la densidad del flujo
Diferentes materiales o aleaciones poseen diferentes curvas
Circuitos con Entrehierro ( )
En las mquinas elctricas el rotor est fsicamente aislado del estator
Prcticamente existe el mismo flujo en el aire y en el ncleo
Para mantener la misma densidad es necesario mayor en el entrehierro que en el ncleo
Si es muy alto, se satura en el ncleo y est en la zona lineal para el entrehierro (aire)
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Circuito equivalente (Estructura compuesta)
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Flujo marginal (Fringing flux) despreciado
Ejemplo: Relevador
Devanado de 500 vueltas
Entrehierro (gap) = 1.5
Largo promedio del ncleo (core) = 360
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Se necesita una densidad de flujo de 0.8 T para mover el actuador del relevador
Acero fundido (Cast-Steel)
Curva vs
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Ejemplo: Relevador
Devanado de 500 vueltas
Entrehierro (gap) = 1.5
Largo promedio del ncleo (core) = 360
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Se necesita una densidad de flujo de 0.8 T para mover el actuador del relevador
Acero fundido (Cast-Steel)
Inductancia
: Se define acoplamiento de flujo (flux linkage)
La inductancia depende de la geometra del dispositivo.
Medida de oposicin a la variacin de corriente
Cuando la corriente va de 0 a se usa esta energa para crear el campo magntico
Cuando va de a 0 se crea una corriente en el circuito producida por el campo magntico
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= =
=
=BA
=
=
Un flujo magntico variable, crea una fem (voltaje) inducida (ley de Faraday)
=
=
i
=
i
=
=2
=2
Histresis
Suponga un ncleo desmagnetizado
Si se incrementa suavemente la corriente de 0 a 1 aumenta la intensidad hasta 1 y tambin
Si se decrementa la corriente hasta 0 se el ncleo retiene una densidad de flujo
Si se sigue decrementa i en este sentido se elimina este residuo
Si se incrementa nuevamente la corriente hasta 1 se nota que la curva no se cierra.
Sin embargo al repetir muchas veces esta operacin el ciclo casi se cierra
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Histresis (Curva de magnetizacin)
Ciclo de histresis
Es una relacin no lineal
Los ncleos se magnetizan y se quedan en este estado a pesar de que la corriente sea cero
El nivel de magnetizacin es logrado variando la amplitud de la corriente.
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Aleaciones especiales (ncleos Deltamax)
Niquel-Hierro
Para valores < la intensidad es poca y la corriente pequea
Para valores > la intensidad aumenta y la corriente aumentasignificativamente
Interruptor de corriente
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Histresis
Utilizando este tipo de fenmenos se pueden construir materiales magnticos permanentes con las caractersticas deseadas.
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Prdidas del ncleo
Por histresis: En los ciclos de histresis hay una transformacin de energa
De la fuente al ncleo y del ncleo a la fuente
No toda la energa retorna a la fuente
Sino que esta se va perdiendo en forma de calor dentro del ncleo
Corriente de Eddy: Cuando el flujo magntico cambia rpidamente se genera una corriente en el ncleo
Dependiendo de la resistencia del material este se disipa en forma de calor 2.
Para eliminar esto necesitamos
Aumentar la resistencia del material
Laminar el material del ncleo y aislar cada lmina
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Excitacin por corriente alterna
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Flujo variable Ley de Faraday Voltaje pico a pico inducido
Corriente de excitacin
Si un voltaje variable es conectado al devanado, se genera una pequea corriente por el devanado que se denomina corriente de excitacin
Esta produce un flujo magntico variable
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Conclusiones
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