Escuela Politécnica Nacional Laboratorio de Conversión electromagnética de energía Informe Nro. 2 Tema: Circuitos magnéticos GR 1 Instructor: Ing. Gabriela Cabrera Nombre: Catota Jonathan 2017 Fecha: 20- 11 – 2017
Informe de laboratorio Jonathan Catota. Facultad de Ingenieria Elétrica y eletrônica Laboratorio de CEM GR1- Grupo A
[email protected]
Resumen.-
En esta práctica hemos realizado las conexiones necesarias para así poder obtener la curva de histéresis de nuestro circuito magnético, la cual nos representa la intensidad de campo magnético vs la densidad de flujo, además pudimos apreciar con la ayuda del osciloscopio en que parte, la curva comienza a saturarse y como comienza a afectar al grafico la saturación del material ferromagnético utilizado como núcleo de nuestro circuito magnético.
Escala: X: 1cm= 50 mV Y: 1cm= 50 V Grafica que representa los valores obtenidos en la práctica y a su vez esta representa la curva de magnetización del material del núcleo ferromagnético utilizado en la práctica.
INTRODUCCIÓN
I.
En este informe se presentara la curva de histéresis obtenida durante la práctica del laboratorio, además de mostrar las simulaciones de la curva de histéresis del mismo circuito magnético pero realizado con diferentes materiales que harán de núcleos ferromagnéticos.
II.
DESARROLLO
1. Tabular los datos obtenidos en la práctica. Bobina primaria CH1 rms (mV) V
Bobina Secundaria CH2 rms (V) V
0
5,6
161
165
290
309
412
422
470
460
491
478
2.- En base a los valores obtenidos, graficar y explicar de forma detallada las curvas de histéresis de los materiales utilizados en la práctica
Curva de histéresis obtenida del circuito magnético implementado en la práctica de laboratorio, en la segunda imagen se puede apreciar la saturación del material en los extremos de la gráfica.
Simulaciones con 3 materiales diferentes en el núcleo: A continuación se va a realizar las simulaciones del circuito magnético realizado en clase pero alterando el material del núcleo, colocando 3 materiales ferromagnéticos diferentes.
M-50:
Curva de magnetización B-H del M-50:
3. Indicar con la justificación correspondiente, cuál de las curvas de histéresis presenta mayores pérdidas. Al referirnos a la curva de histéresis se sabe que cuanto mayor sea la frecuencia de las magnitudes eléctricas aplicadas a la bobina mayores serán las pérdidas magnéticas por efecto de histéresis y mayor será el calentamiento producido por ello se deduce, naturalmente, que cuanto mayor sea el volumen del circuito magnético mayores serán las pérdidas y, también, que a mayor área encerrada por el ciclo de histéresis, mayores pérdidas.
Pure nickel, annealed:
Debido a lo dicho anteriormente se puede deducir que el material que presenta mayores pérdidas según su curva de histéresis seria el “ Pure iron, anneale , dicho material posee la curva de magnetización con mayor área por lo que habrá mayores pérdidas y también se deduce que dicho material poseerá mayor intensidad de campo magnético con respecto a los otros materiales utilizados, antes de llegar a saturarse. ”
4.- Indique y explique al menos 3 ejemplos donde se aplican los circuitos magnéticos.
Curva de magnetización B-H del Pure nickel, annealed:
Los circuitos magnéticos son muy útiles para construir maquinas eléctricas una de estas máquinas son:
Transformador eléctrico Es un circuito magnético que está formado por dos bobinas que comparten circuito magnético. Al aplicar tensión eléctrica alterna a la primera bobina por ella circulará una corriente que generará un campo magnético que a su vez generará otra tensión en la segunda bobina. Variando la relación del número de vueltas de hilo de las dos bobinas se consigue que la tensión en la segunda bobina sea una fracción de la tensión de la primera.
Pure iron, annealed:
Curva de magnetización B-H del Pure iron, annealed:
6. Investigue y describa el funcionamiento de los Timbre transformadores de corriente que trabajan en la zona de Esta también es considerada como una maquina eléctrica que está conformada por una bobina por la que saturación. circula una corriente alterna hace moverse Los transformadores de corriente se utilizan para obtener una alternativamente a un lado y a otro gracias al campo corriente proporcional a la de la línea, para realizar magnético generado una paleta que golpea una mediciones, ya sea para las protecciones o para el monitoreo campana. del funcionamiento de la red. Dichos transformadores se colocan en serie, por esta razón tienen que ser capaces de soportar las sobre corrientes, las cuales dependen del diseño de la instalación eléctrica.
Relé contactor Interruptor controlado eléctricamente. Una bobina por la que circula una corriente genera un campo magnético que mueve un elemento ferromagnético que a su vez abre o cierra un interruptor eléctrico. Relés y contactores están presentes en todos los automatismos eléctricos.
El transformador de corriente debe estar diseñado para actuar en forma distinta según cual sea la función del mismo. Para algunos casos puede ser necesario que el transformador se sature bajo efectos de la sobre corriente, de manera de proteger los instrumentos que se encuentran alimentados por él, en este caso se falsea la medición. Sin embargo, esta característica es indeseada si se alimentan protecciones. Por lo tanto existen dos tipos de transformadores de corriente que son: un transformador de medición, que debe saturase cuando se presentan sobre corrientes, y uno de protección, que en cambio debe reflejar correctamente la corriente, es decir, no saturarse con valores de varias veces la corriente nominal. Lo más importante es analizar el para qué sirve la medición, si son necesarias las mediciones en estado permanente, puede ser conveniente la saturación, al ocurrir una falla la elevada corriente de falla, será transferida al secundario limitada por los efectos de la saturación, y esto será conveniente, se reducirán las solicitaciones transitorias de los circuitos secundarios, se identifica entonces el factor de seguridad. Por el contrario para la protección, la necesidad de hacer una buena medición en transitorio hace que sea en cambio útil la buena proporcionalidad de la magnitud, al menos durante el tiempo en que la protección lo requiere para garantizar su buena actuación.
5. Consultar los materiales más utilizados en la fabricación de transformadores y motores con respecto a la permeabilidad magnética. Para la construcción de transformadores específicamente el núcleo está construido superponiendo numerosas chapas de aleación acero – silicio, con el fin de reducir las pérdidas por histéresis magnética y aumentar la resistividad del acero. No es recomendable hacer el núcleo de hierro ya que al insertar en el núcleo un bloque de hierro compacto, cuando este se somete a un campo magnético alterno en su interior corren corrientes parasitas que lo recalientan La permeabilidad de estos materiales Viene indicada por una gran permeabilidad relativa m /m r. para que Puedan imanares mucho más fácilmente que los demás materiales. Esta característica además que deben tener una inducción magnética intrínseca máxima Bmax muy elevada.
El efecto de saturación limita los máximos campos magnéticos que se pueden conseguir por medio de electroimanes de núcleo ferromagnético y transformadores hasta un tope de alrededor de 2 T, lo que pone un límite en el tamaño mínimo de sus núcleos. Esta es una de las razones del porqué los transformadores de alta potencia son tan grandes, para no tener pérdidas de energía causadas por la saturación de sus núcleos. En los circuitos electrónicos, los transformadores e inductores con núcleos ferromagnéticos comienzan a operar de manera no lineal cuando la corriente a través de ellos es suficientemente grande para llevar a los materiales de sus núcleos hasta la saturación. Esto significa que su inductancia y otras propiedades varían con los cambios en la corriente circulante. En los circuitos lineales esto es usualmente considerado como una desviación indeseada del comportamiento ideal. Cuando se aplican señales de corriente alterna, esta no linealidad puede causar que se generen armónicos y distorsión por intermodulación. Para prevenir esto, lo que se hace es diseñar los circuitos de forma que el nivel de señales aplicadas a los inductores de núcleo de
hierro se encuentren limitadas de forma tal que no se saturen. Para reducir sus efectos, algunos tipos de núcleos ferromagnéticos de transformadores poseen a su vez un núcleo central de aire. Por otro lado, la saturación es explotada en algunos dispositivos electrónicos. Por ejemplo el efecto de saturación se emplea para limitar la corriente en los transformadores de núcleo saturable, usados para la soldadura por arco. Cuando la corriente primaria excede de un cierto valor, el núcleo es empujado a su región de saturación, limitando mayores incrementos en la corriente secundaria. En una aplicación más sofisticada, los inductores de núcleo saturable y los amplificadores magnéticos utilizan una corriente continua aplicada a través de un bobinado independiente montado sobre el mismo núcleo que sirve para controlar la impedancia del inductor. Al variar la corriente en el devanado de control se puede mover el punto de operación arriba y abajo en la curva de saturación, controlando la corriente alterna que circula a través del inductor. Esto es usado en balastros de luz fluorescente variable, y sistemas de control de potencia.
III.
CONCLUSIONES
1. Los materiales ferromagnéticos, compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto, tungsteno, níquel, aluminio y otros metales, son los materiales magnéticos más comunes y se utilizan para el diseño y constitución de núcleos de los transformadores y maquinas eléctricas. 2. Los materiales ferromagnéticos son los indicados para la construcción de transformadores ya que poseen una gran imantación y el área de las curvas de histéresis de estos materiales no son demasiadas grandes los cual nos indica que hay poca perdida de energía. 3. Las pérdidas de un material ferromagnético se las puede determinar mediante la curva de histéresis, ya que estas pérdidas dependen del área de la curva de histéresis
4. La curva de histéresis a más de indicarnos el nivel de perdidas, también nos indica que material es el más indicado para poder transportar el flujo magnético. 5.
Otra información que nos da esta curva son los puntos de remanecía y coercitividad, donde también nos indica que tan buen material magnético es al momento de aplicar un campo magnético.
IV.
RECOMENDACIONES
1. Es importante energizar correctamente la mesa de trabajo correcta además de conectar correctamente la fase y el neutro para evitar accidentes. 2.
Con el circuito correctamente implementado y el correcto uso del osciloscopio permite ver las curvas de histéresis de un material de una forma óptima.
3.
Se recomienda tener bobinas con las cuales se pueda obtener las curvas de histéresis completas.
4.
Verificar que la corriente suministrada al circuito magnético no sobrepase su capacidad de las bobinas.
V.
REFERENCIAS
1. (17/05/12) Disponible en: [Online]http://quintans.webs.uvigo.es/recurso s/Web_electromagnetismo/electromagnetism o_circuitosmagneticos.htm 2. (17/05/12) Wikipedia Disponible en:[Online] https://es.wikipedia.org/wiki/Circuito_magn%C 3%A9tico 3. http://listas.usb.ve/pipermail/ct4222/2005/0006 07.html
Hoja de datos
