Ciclo de histéresis y pérdidas pé rdidas en el núcleo del reactor. reactor. 1. OBEJ OBEJET ETIV IVOS OS a) Observar Observar eperi! eperi!ental ental!ente !ente el la"o la"o de histéres histéresis is del núcleo núcleo y la c#rva de !a$neti"aci%n del núcleo del ind#ctor. b) &eter!inar &eter!inar eperi eperi!enta !ental!ent l!ente e las perdidas perdidas !a$néticas !a$néticas del núcleo. c) &eter!inar &eter!inar eperi eperi!enta !ental!ent l!ente e los par'!etros par'!etros de #n ind#ctor ind#ctor.. (. IT* IT*O& O&+C +CCI CIO O , !edida -#e el !aterial se so!ete a #na intensidad de ca!po !a$nético en a#!ento/ la densidad de 0#o B ta!bién crece hasta -#e el !aterial se sat#ra. Observe la c#rva ab de la 2$#ra b). ,hora bien/ si $rad#al!ente la corriente se red#ce a 3/ la densidad de 0#o B a lo lar$o del núcleo no re$resa a 3 sino -#e retiene cierta intensidad !a$nética/ co!o !#estra la c#rva bc. 4a pérdida de la restit#ci%n !a$nética se conoce co!o histéresis. istéresis es el retraso de la !a$neti"aci%n con respecto a la intensidad del ca!po !a$nético. 4a única 5or!a de re$resar a cero la densidad de 0#o B en el anillo consiste en invertir el sentido de la corriente -#e 0#ye por el devanado. Este procedi!iento ori$ina la intensidad !a$nética en sentido op#esto/ co!o indica la c#rva cd . Si la !a$neti"aci%n continúa incre!ent'ndose incre!ent'ndose en sentido ne$ativo/ el !aterial 2nal!ente se sat#ra de n#evo con #na polaridad invertida. Véase la c#rva de. Si se red#ce otra ve" la corriente a cero y l#e$o se a#!enta en el sentido positivo/ se obtendr' la c#rva efb. 4a c#rva co!pleta se lla!a ciclo de histéresis. El 'rea encerrada por el ciclo de histéresis es #na indicaci%n de la cantidad de ener$6a -#e se pierde al so!eter #n !aterial dado a través de #n ciclo co!pleto de !a$neti"aci%n. El rendi!iento de !#chos dispositivos electro!a$néticos depende depende de la selecci%n de !ateriales !a$néticos con baa histéresis. 7or otro lado/ los !ateriales -#e se re-#iere -#e per!ane"can bien !a$neti"ados deber'n presentar #na $ran histéresis.
7*E8 4,BO*,TO*IO 4,BO*,TO*IO
En#nciado9 sean las variables !edidas de #n reactor de #n re0ector de l'!para de sodio/ tensi%n no!inal 1(: V/ corriente y potencia de cons#!o de 3.; , y <= >/ respectiva!ente. &eter!inar los par'!etros del reactor/ la corriente !a$neti"aste y en valor de s# ind#ctancia. &espreciar la resistencia de la bobina del reactor. <. ?,TE*I,4ES/ IST*+?ETOS &E ?E&ICIO @ EA+I7OS.
4os si$#ientes dispositivos/ e-#ipos/ instr#!entos y !ateriales ser'n necesarios para la reali"aci%n de la pr'ctica9
1 (
Cantid ad 1 <
< = D : F ; 13 11 1( 1<
1 1 1 1 1 1 1 1 ( 1 1
Ite !
Descripción
Códi go
*e$#lador de tensi%n !ono5'sica variac) ((3 V/ = , Ind#ctores con núcleo de hierro de9 ((3 V/ 113 V/ =3 V. ,!per6!etro de c.a. 1 ,/ ( , Volt6!etro de c.a. de 1=3 V/ <33V Vat6!etro 18=) ,/ 1(38(3) V rec#enc6!etro de ((3 V Osciloscopio de ( canales/ ( ter!inales de tensi%n ?icrooh!6!etro ?7G= o p#ente >heastone) *e%stato o resistencia de F33 H/ 3.F , *e%stato o resistencia de 11 H/ F , Capacitores de 13 / <33 V ?#ltitester para veri2caci%n de circ#itos Git de cables 0eibles 11 ,> % (.= !!(
. 7*ECE&I?IETO a) &eter!inaci%n pr'ctica el la"o de histéresis del núcleo9 ?ontar el circ#ito de la 2$.(/ teniendo c#idado con las coneiones de ener$6a eléctricas y de seKales de osciloscopio. 4a ali!entaci%n del osciloscopio deber' conectarse a través de trans5or!ador de aisla!iento $alv'nico.
i$. (. ?ontae de circ#ito de observaci%n del la"o de histéresis.
+na ve" veri2cado el !ontae del circ#ito por el instr#ctor/ ali!entar el circ#ito con el re$#lador de tensi%n haciendo variar lenta!ente las tensiones desde 3 voltios hasta el valor no!inal. , tensi%n no!inal copiar o capt#rar la i!a$en del la"o de histéresis considerando s#s escalas de s#s respectivos ees. *ot#le la i!a$en con el tipo de ind#ctor ensayado.
En el Osciloscopio: Conectar la sonda de seKal del canal , a la resistencia de 11 H y la sonda de seKal del canal B a los capacitores y la sonda de tierra al p#nto co!ún de #ni%n. 7ara vis#ali"ar el la"o de histéresis se con2$#rar a la !#estra L8@ de las seKales de ac#erdo a s# escala. Con2$#rar en el osciloscopio la vis#ali"aci%n de a!bas seKales L8@ con el bot%n Mori"ontal !enúM.
I!a$en. 1. I!a$en del la"o de istéresis
?edir el valor e2ca" de la corriente de ecitaci%n y to!ar !edidas $eo!étricas del ta!aKo del núcleo del ind#ctor9 ancho/ lar$o/ alt#ra/ di!ensiones de la ventana/ nú!ero de col#!nas y cora"as.
I ef
=
0.3 A
b) &eter!inar eperi!ental!ente la c#rva de !a$neti"aci%n/ perdidas del núcleo y par'!etros del ind#ctor9 !ontar el circ#ito de la 2$.< y reali"ar lo si$#iente9
i$. . ?ontae de Circ#ito de !edici%n de pérdidas del núcleo.
Seleccionar #n ind#ctor para esta pr#eba teniendo en c#enta s# tensi%n no!inal y !edir la resistencia del bobinado con el p#ente >heastone. @ veri2car s# aisla!iento e5ectivos entre la bobina y núcleo. Resistenciade la bobina = RBobina − RConductores Resistencia de la bobina =691.2 m Ω −60 m Ω =631.2 m Ω
?edir las di!ensiones del núcleo 5erro !a$nético9 4ar$o9 ;.=c! ,ncho9 :.F c! 7ro5#ndidad9 11.= c! &i!ensiones de la ventana ,lt#ra hN9 ,ncho NN9 +na ve" veri2cado el !ontae del circ#ito por el instr#ctor/ ali!entar el circ#ito con el re$#lador de tensi%n haciendo variar lenta!ente las tensiones desde 3 voltios hasta 1(3 v del valor no!inal. To!ando #n #e$o de 1( lect#ras de los instr#!entos. P
Amperímetro
1
div 25
2
25
#
25
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25
5
25
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10
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11
25
12
25
Ci 00 ! 00 ! 00 ! 00 ! 00 ! 00 ! 00 ! 00 ! 00 ! 00 ! 00 ! 00 !
Voltímetro
Vatímetro
Frec.
A 001
div 15
Cv 10
V 10
div 12
Cw 10
W 05
Hz "0
00!
15
10
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12
10
15
"0
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15
10
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12
10
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"0
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15
10
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12
10
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15
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10
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15
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1$5
"0
052
15
1#0
12
10
215
"0
10
5 C'E()*O+A,*O -A,A .A D*(C'(*/+ DE ,E('.)ADO( 51 Eplie el circito e3pleado para la captrar eperi3ental de la i3agen del lazo de 4istresis
,r!a!os el circ#ito y #tili"a!os #na bobina de #n trans5or!ador de 113 voltios/ conecta!os las salidas al osciloscopio a los ter!inales indicados y l#e$o varia!os el voltae de 3 hasta el voltae no!inal -#e seria 113 voltios
52 Descri6a la variación del 7rea del ciclo de 4istresis
con los di8erentes n9cleos de indctores
En el laboratorio vi!os -#e al #tili"ar dos di5erentes reactores la c#rva de histéresis ca!bia notable!ente aplicando #na tensi%n para reali"ar el ensayo y se debe por el tipo de diseKo del reactor y la caracter6stica del !aterial 5erro !a$nético El 'rea incl#ida en la c#rva de histéresis es proporcional a la ener$6a disipada en 5or!a de calor en el proceso irreversible de i!antaci%n y desi!antaci%n. Si este 'rea es pe-#eKa/ las pérdidas de ener$6a en
cada ciclo ser' pe-#eKa/ y el !aterial se deno!ina !a$nética!ente blando.
5# Clasie los tipos de 3ateriales con la 8or3a del lazo de 4istresis
5! Co3o eplica 'd los valores di8erentes de corriente de ecitación para la tensión no3inal del indctor C#ando la onda sin#soidal est' en lado positivo la corriente 0#ye en #na direcci%n y la c#rvas B8 crecen contin#a!ente/ c#ando la onda sin#soidal est' en el lado ne$ativo la corriente 0#ye en sentido contrario y hace -#e las c#rvas B8 se red#"can/ y as6 v#elve a co!en"ar en el lado positivo/ con #n voltae y corriente per!itido.
55 Eplie por seg9n la le; de
d?@dtB considerando e el ? es directa3ente proporcional con la corriente de ecitación. ?ichael araday reali"% en 1F<1 y establece -#e el voltae ind#cido en #n circ#ito cerrado es directa!ente proporcional a la rapide" con -#e ca!bia en el tie!po el 0#o !a$nético -#e atraviesa #na s#per2cie c#al-#iera. 7ode!os calc#lar la intensidad de la corriente ind#cida en #n circ#ito/ si conoce!os s# resistencia eléctrica * y la 5#er"a electro!otri" ind#cida Q. I R Q* R 81*). ddt)/ la corriente es proporcional al 0#o en #n deter!inado tie!po
5" )a6lar todos los valores registrados en la eperiencia de 3edición de prdidas del n9cleo ; calclar el 8actor de potencia eperi3ental )razar o gracar la crva caractersticas de V vs * ; W vs ' en
escala adecada o en papel 3ili3etrado 'tilizando 3atla6
,A<*CA V vs *
,A<*CA W vs '
5$ )razar la crva de 3agnetización del 3aterial del n9cleo ensa;ado vs +* >HB ; la crva de prdidas en 8nción de la densidad de ca3po 3agnticoB W@peso vs Crvas vs H
5% Fe representan cada na de las crvas caractersticas trazadasB eplie 8 con la c#rvas V vs I ve!os -#e al a#!entar el voltae la corriente a#!enta -#iere decir -#e son proporcionales
8 4 a c#rva > vs V veri2ca!os -#e al a#!entar el voltae la potencia a#!enta 8 la c#rva de histéresis de reactor ve!os -#e el 'rea -#e encierra la 2$#ra representa las pérdidas del reactor/ y con esto se veri2ca -#e tiene #n ran$o de operaci%n !'s all' de ese ran$o estar6a en la "ona de sat#raci%n.
5& Calclar los par73etros del indctor con los dato a tensión no3inal ; di6Ge el circito eivalente del indctor ; eplie e representa cada no de los ele3entos o6tenidos de la pr7ctica W 3.= 1.= < <.= .= D :.= ;.= 1( 1.= 1:.= (1.=
Corrient e 001 00! 005 010 011 01# 015 01& 02! 0#1 0!0 052
tensión 10 #0 !0 50 "0 $0 %0 &0 100 110 120 1#0
,eactancia>o4 3ios 5000 "0#02# "01&2& 5#""5" 55"20% 55&0%5 55!$2& 5##$"1 !&"%5 !%10$ !#0!$$ !0%2#1
*ndctancia>4e nrios 2!#& 1" 15&$ 1!2! 1!$5 1!%# 1!$1 1!1" 1#1% 12$" 11!2 10%#
" *+VE()*AC*/+ CO-.EE+)A*A "1 *nvestige ; co3pre6e co3o se podra o6tener la 8or3a de la onda de la corriente de ecitación en relación a la tensión aplicada al indctor El 5#nciona!iento depende de c#atro variables9 la velocidad / 4a corriente de ecitaci%n i/ la tensi%n en bornes + y la corriente I del ind#cido. Si se to!a #na de las !a$nit#des co!o constante/ otra co!o par'!etro/ otra co!o variable y otra co!o 5#nci%n/ se obtiene #na 5a!ilia de c#rvas. 4as caracter6sticas #s#ales de #n reactor o trans5or!ador
"2 *nvestige e ocrre con el IGo 3agntico en los dispositivos >o en los convertidores electro3ec7nicos con n9cleos 8erro 3agnticos diseJados a la 8recencia no3inal de 50 Hz se 4ace 8ncionar a la 8recencia de "0 Hz ; viceversa O)O, (H'+)
O)O,E( DC
En #n !otor sh#nt/ el 0#o es constante si la 5#ente de poder del ca!po es 2a. ,s#!a -#e el voltae de ar!ad#ra Et es constante. , !edida -#e la corriente de la car$a dis!in#ye desde plena car$a a sin car$a/ la velocidad debe a#!entar proporcional!ente de !anera -#e la 5#er"a contra electro!otri" Ec a#!entar' para !antener la ec#aci%n en balance. , voltae no!inal y ca!po co!pleto/ la velocidad del !otor sh#nt a#!entar' =U a !edida -#e la corriente de car$a dis!in#ya de plena car$a a sin car$a.
O)O, (E,*E En #n !otor serie/ el 0#o del ca!po es #na 5#nci%n de la corriente de la car$a y de la c#rva de sat#raci%n del !otor. , !edida -#e la corriente de la car$a dis!in#ye desde plena car$a/ el 0#o dis!in#ye y la velocidad a#!enta. 4a rata de incre!ento de velocidad es pe-#eKa al principio pero a#!enta a !edida -#e la corriente se red#ce. 7ara cada !otor serie/ hay #na !6ni!a car$a se$#ra deter!inada por la !'i!a velocidad de operaci%n se$#ra.
O)O, CO-'E()O >CO-O'+D 4os !otores co!p#estos tienen #n ca!po serie sobre el tope del bobinado del ca!po sh#nt co!o se ve en la 2$#ra. Este ca!po serie/ el c#al consiste de pocas v#eltas de #n ala!bre $r#eso/ es conectado en serie con la ar!ad#ra y lleva la corriente de ar!ad#ra. El 0#o del ca!po serie varia directa!ente a !edida -#e la corriente de ar!ad#ra varia/ y es directa!ente proporcional a la car$a. El ca!po serie se conecta de !anera tal -#e s# 0#o se aKade al 0#o del ca!po principal sh#nt. 4os !otores co!po#nd se conectan nor!al!ente de esta !anera y se deno!inan co!o co!po#nd ac#!#lativo.
O)O,E( A(*+C,O+O(
4os !otores as6ncronos o de ind#cci%n son #n tipo de !otores eléctricos de corriente alterna. El !otor as6ncrono tri5'sico est' 5or!ado por #n rotor/ -#e p#ede ser de dos tipos9 a) de a#la de ardilla b) bobinado/ y #n estator/ en el -#e se enc#entran las bobinas ind#ctoras. Estas bobinas son tri5'sicas y est'n des5asadas entre s6 1(3P. Se$ún el Teore!a de erraris/ c#ando por estas bobinas circ#la #n siste!a de corrientes tri5'sicas/ se ind#ce #n ca!po !a$nético $iratorio -#e env#elve al rotor. Este ca!po !a$nético variable va a ind#cir #na tensi%n en el rotor se$ún la 4ey de ind#cci%n de araday9
Entonces se da el e5ecto 4aplace e5ecto !otor)9 todo cond#ctor por el -#e circ#la #na corriente eléctrica/ in!erso en #n ca!po !a$nético eperi!enta #na 5#er"a -#e lo tiende a poner en !ovi!iento. Si!#lt'nea!ente se da el e5ecto araday e5ecto $enerador)9 en todo cond#ctor -#e se !#eva en el seno de #n ca!po !a$nético se ind#ce #na tensi%n. El ca!po !a$nético $iratorio/ a velocidad de sincronis!o/ creado por el bobinado del estator/ corta los cond#ctores del rotor/ por lo -#e se $enera #na 5#er"a electro!otri" de ind#cci%n. 4a acci%n !#t#a del ca!po $iratorio y las corrientes eistentes en los cond#ctores del rotor/ ori$inan #na 5#er"a electrodin'!ica sobre dichos cond#ctores del rotor/ las c#ales hacen $irar el rotor del !otor. 4a di5erencia entre las velocidades del rotor y el ca!po !a$nético se deno!ina desli"a!iento.
$ CO+C.'(*O+E( K O(E,VAC*O+E(
,l #tili"a di5erentes reactores tienes di5erente c#rvas de histéresis. 4as c#rvas de histéresis son propios de cada !aterial 5erro8 !a$néticos. El 0#o !a$nético es proporcional a la corriente de ecitaci%n. El 'rea encerrada en la c#rva de histéresis representa pérdidas del reactor. 4as $r'2cas tra"adas son proporcional a la tensi%n/ si la tensi%n a#!enta la corriente y potencia a#!enta.
Observa!os eperi!ental!ente el la"o de histéresis del núcleo. Observa!os -#e el reactor !'s rob#sto es !#cho !'s !eor -#e el otro #tili"ado. Observa!os co!o el reactor trabaa a #na operaci%n no!inal pasado a ese valor estar6a en la "ona de sat#raci%n. Observa!os -#e #n reactor cons#!e tres tipos de potencia la activa reactiva y la aparente. Observa!os -#e el osciloscopio los cables para la !edici%n est'n de5ect#osos lo c#al i!pide reali"ar la c#rvas de histéresis.
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