LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS I EL REACTOR CON NÚCLEO DE HIERRO PROFESOR: ……………………………………………………………………………………….
INTEGRANTES: QUISPE LOAYZA LOAYZA EDWIN 11190243 MONTALVO HIROYASU LUIS AL!ERTO 1019022" PAREDES RI#RA LUIS ADOLFO 10190144 • • •
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INTRODUCCIÓN
E) 7&6&,*& -,8& +$*$ $'&'$ +& )$ &7&-&,'-$ &$)-;$+$ ', el reactor con núcleo de hierro . E6*& $(**$,68$+ $ &6*(+-$ &6 (,$ 5(-,$ &)'*-'$ &6**-'$ 5(& 6& &,'(&,*$ 7&6&,*& &, )$ <-+$ '*-+-$,$ +&6+& %$,+&6 *$,68$+&6 7$$ )$ $)-&,*$'-=, &)'*-'$ &, (,$ '$))& >$6*$ )$ 7&5(&?6 *$86 5(& 6& &,'(&,*$, &, &) -,*&- +& (, *&)&<-6 $+- &6*$-)-;$+ &,*& *6. E6*& )$$*- &$)-;$+ &, &) LA!ORATORIO 01 DE MOTORES 7&*&,&'-&,*& $ )$ FA#ULTAD DE INGENIER@A ME#NI#A +& )$ UNIVERSIDAD NA#IONAL DE INGENIER@AB $ '$% +&) I,%&,-& G($+$)(7& *-&,& ' C,$)-+$+ &6*(+-$ 6&<$ )$6 '$$'*&/6*-'$6 8/6-'$6 +& (,$ 5(-,$ &)'*-'$ &, 7$*-'()$ ' &6 &) &$'* ', ,')& +& >-&. E, &6*& &7&-&,* 6&<$&6 )$6 77-&+$+&6 8/6-'$6 +& )$ 5(-,$ &)'*-'$ ' 6, &) )$; +& >-6*&6-6 )$ '(<$ !H +&,6-+$+ +& '$7 $%,*-' -,*&,6-+$+ +& '$7 $%,*-'.
EL REACTOR CON NÚCLEO DE HIERRO
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INDICE Introducción
1. OBJETIVOS 2. FUNDAMENTO TEÓRICO 2.1.MAGNETISMO 2.2.FERROMAGETISMO 2.3.FLUO MAGNJTI#O 2.4.D ENSIDAD DE FLUO MAGNJTI#O 2.K.INTENSIDAD DE #AMPO MAGNJTI#O 2.".PERMEA!ILIDAD MAGNJTI#A 2..LAZO DE HISTJRESIS 3. EQUIPOS A UTILIZAR 4. PROCEDIMIENTO 4.1.O!TEN#IN DE LA #URVA !H 4.2.O!SERVA#IN DE LAZO DE HISTJRESIS K. DATOS RECOPILADOS K.1.DATOS PARA LA #URVA !H K.2.FOTOS DEL LAZO DE HISTJRESIS ". CLCULOS ! RESULTADOS ".1.O!TEN#IN DE LA #URVAS ".1.1.#URVA !H ".1.2.#URVA W! ".1.3.#URVA WH ".2.O!TEN#IN DE LA #URVA DE IMANA#IN . CONCLUSIONES . OBSERVACIONES 9. RECOMENDACIONES 10.BIBLIO"RAF#A
EL REACTOR CON NÚCLEO DE HIERRO
2 4 4 4 4 K " 9 10 10 10 11 11 11 12 13 13 13 14 14 1K 1" 1" 1" 1"
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1.OBJETIVOS Observar las principales características físicas del autotransformador. Obtener y analizar el lazo de histéresis. Observar y estudiar el comportamiento de la curva B-H.
2.FUNDAMENTO TEÓRICO Para el desarrollo de esta eperiencia es necesario conocer al!unos conceptos b"sicos #ue nos permitir"n comprender el comportamiento b"sico de nuestro reactor con n$cleo de hierro #ue es una m"#uina eléctrica.
2.1.-Magnetismo %l ma!netismo &del latín ma!nes' -(tis' im"n) es un fen*meno físico por el #ue los materiales e+ercen fuerzas de atracci*n o repulsi*n sobre otros materiales. %n la naturaleza eiste un mineral llamado ma!netita o piedra im"n #ue tiene la propiedad de atraer el hierro' el cobalto' el ní#uel y ciertas aleaciones de estos metales' #ue son materiales ma!néticos.
Fig!a 1
2.2.-Fe!!omagnetismo %l ferroma!netismo es un fen*meno físico en el #ue se produce ordenamiento ma!nético de todos los momentos ma!néticos de una muestra' en la misma direcci*n y sentido. ,n
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UNIVERSIDAD NA#IONAL MAYOR DE SAN MAR#OS F$'()*$+ +& I,%&,-&/$ E)'*-'$ FIEE L$$*- +& M5(-,$6 E)'*-'$6 E6**-'$6 material ferroma!nético es a#uel #ue puede presentar ferroma!netismo. a interacci*n ferroma!nética es la interacci*n ma!nética #ue hace #ue los momentos ma!néticos tiendan a disponerse en la misma direcci*n y sentido. Ha de etenderse por todo un s*lido para alcanzar el ferroma!netismo
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UNIVERSIDAD NA#IONAL MAYOR DE SAN MAR#OS F$'()*$+ +& I,%&,-&/$ E)'*-'$ FIEE L$$*- +& M5(-,$6 E)'*-'$6 E6**-'$6 eneralmente' los ferroma!netos est"n divididos en dominios ma!néticos' separados por superficies conocidas como paredes de Bloch. %n cada uno de estos dominios' todos los momentos ma!néticos est"n alineados. %n las fronteras entre dominios hay cierta ener!ía potencial' pero la formaci*n de dominios est" compensada por la !anancia en entropía. /l someter un material ferroma!nético a un campo ma!nético intenso' los dominios tienden a alinearse con éste' de forma #ue a#uellos dominios en los #ue los dipolos est"n orientados con el mismo sentido y direcci*n #ue el campo ma!nético inductor aumentan su tama0o. %ste aumento de tama0o se eplica por las características de las paredes de Bloch' #ue avanzan en direcci*n a los dominios cuya direcci*n de los dipolos no coincide dando lu!ar a un monodominio. /l eliminar el campo' el dominio permanece durante cierto tiempo.
Fig!a 2. Mate!ia"es #e!!omagn$ti%os
2.&.-F"'o magn$ti%o %l flu+o ma!nético &representado por la letra !rie!a fi )' es una medida de la cantidad de ma!netismo' y se calcula a partir del campo ma!nético' la superficie sobre la cual act$a y el "n!ulo de incidencia formado entre las líneas de campo ma!nético y los diferentes elementos de dicha superficie. a unidad de medida es el 3eber y se desi!na por 4b &motivo por el cual se conocen como 3eberímetros los aparatos empleados para medir el flu+o ma!nético).
Fig!a &. F"'o magn$ti%o
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UNIVERSIDAD NA#IONAL MAYOR DE SAN MAR#OS F$'()*$+ +& I,%&,-&/$ E)'*-'$ FIEE L$$*- +& M5(-,$6 E)'*-'$6 E6**-'$6 2.(.-Densi)a) )e #"'o magn$ti%o a densidad de flu+o ma!nético' visualmente notada como B' es el flu+o ma!nético por unidad de "rea de una secci*n normal a la direcci*n del flu+o' y es i!ual a la intensidad del campo ma!nético. a unidad de la densidad en el 5istema 6nternacional de ,nidades es el 7esla. 8atem"ticamente se describe de la si!uiente manera9
:*nde9 /m9 ;rea ma!nética de secci*n transversal' también denotada con 5. 9
Fig!a (. Densi)a) )e #"'o
%n las ma#uinas eléctricas' tenemos la relaci*n de la densidad de flu+o con el volta+e aplicado para !enerar dicha densidad. %sta es9
:*nde9 /m9 ;rea ma!nética de secci*n transversal' también denotada con 5. 9 :ensidad de flu+o m"imo #ue atraviesa por la secci*n transversal de la m"#uina. =9 =$mero de espiras de la m"#uina eléctrica. >9 >olta+e aplicado a la m"#uina. 9
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Fig!a *. M+,ina e"$%t!i%a est+ti%a a sa!. Rea%to! %on n%"eo )e ie!!o
2.*.-Intensi)a) )e %am/o magn$ti%o %l campo 0 se ha considerado tradicionalmente el campo principal o intensidad de campo ma!nético' ya #ue se puede relacionar con unas car!as' masas o polos ma!néticos por medio de una ley similar a la de ?oulomb para la electricidad. 8a3ell' por e+emplo' utiliz* este enfo#ue' aun#ue aclarando #ue esas car!as eran ficticias. ?on ello' no solo se parte de leyes similares en los campos eléctricos y ma!néticos &incluyendo la posibilidad de definir un potencial escalar ma!nético)' sino #ue en medios materiales' con la e#uiparaci*n matem"tica de H con % &campo eléctrico). a unidad de H en el 56 es el amperio por metro &/@m) &a veces llamado ampervuelta por metro). 5u unidad en el sistema de auss es el oérsted &Oe)' #ue es dimensionalmente i!ual al auss.
Fig!a
%n las m"#uinas eléctricas' tenemos la si!uiente relaci*n matem"tica9
:*nde9 9 on!itud media del reactor con n$cleo de hierro.
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UNIVERSIDAD NA#IONAL MAYOR DE SAN MAR#OS F$'()*$+ +& I,%&,-&/$ E)'*-'$ FIEE L$$*- +& M5(-,$6 E)'*-'$6 E6**-'$6 2..-e!mea3i"i)a) magn$ti%a %n física se denomina permeabilidad ma!nética a la capacidad de una sustancia o medio para atraer y hacer pasar a través de sí los campos ma!néticos' la cual est" dada por la relaci*n entre la inducci*n ma!nética eistente y la intensidad de campo ma!nético #ue aparece en el interior de dicho material. a ma!nitud así definida' el !rado de ma!netizaci*n de un material en respuesta a un campo ma!nético' se denomina permeabilidad absoluta y se suele representar por el símbolo . 8atem"ticamente se escribe9
%sta relaci*n no es un valor constante' ya #ue al aplicar al reactor con n$cleo de hierro un volta+e > &ecuaci*n 2) obtenemos una densidad de campo' este induce una corriente eléctrica . 5i analizamos la ecuaci*n A observamos #ue la intensidad de campo ma!nético depende de la corriente. /hora en este instante' se conoce eperimentalmente #ue la ecuaci*n no cumple la linealidad' para el campo ma!nético dado se obtiene una nueva densidad de campo. %s por ello #ue en la eperiencia se obtiene la curva B-H. %sta !r"fica es una relaci*n indirecta y din"mica del volta+e y la corriente.
Fig!a 4. e!mea3i"i)a) magn$ti%a
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Fig!a 7. 5a6o )e 0ist$!esis
%n la fi!ura D se denota Hc como el campo o fuerza coercitiva' #ue es el campo aplicado para desaparecer por completo la densidad de flu+o ma!nético aplicado. %l "rea #ue encierra esta curva representa la ener!ía perdida en hierro del n$cleo. %s por ello #ue conviene #ue la !r"fica sea los m"s del!ada posible &lo ideal es #ue sea lineal)' esto es una característica de los materiales blandos. Por el contrario eisten materiales duros en la cual se observa una curva #ue encierra un "rea amplia.
Fig!a 8. 5a6o )e 0ist$!esis /a!a mate!ia" 3"an)o
EL REACTOR CON NÚCLEO DE HIERRO
Fig!a 19. 5a6o )e 0ist$!esis /a!a mate!ia" )!o
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A.E:UIOS A UTI5I;AR
1 reactor de n$cleo de hierro.
1 autotransformador variable con capacidad de A/.
1 resistencia de EFG.
1 re*stato.
1 /mperímetro.
1 voltímetro.
1 osciloscopio.
1 multímetro.
1 condensador de 2F I<.
.ROCEDIMIENTO (.1.-O3ten%i
Fig!a 11. O3ten%i
Reactor con núcleo de
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Fig!a 12. O3ten%i
N.DATOS RECOI5ADOS *.1.-DATOS ARA 5A CURVA B-0
1 2 3 4 ! " # $ 1
Vp 1K.1 30. 4K. "0.0 K. 90. 10K. 120. 13K. 149.
Ip 0.03 0.0 0.0" 0.0 0.11 0.1K 0.21 0.32 0.K 0.4
W( 0 2 K K " 1 1 1 1
Ta3"a 1. Datos /a!a B-0
Reactor con núcleo de
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Fig!a 1&. nto m+>imo? @1.1-1
Fig!a 1(. nto m+>imo? @1.&-1.1
Fig!a 14. nto m+>imo? @.7-*.
Fig!a 17. nto m+>imo? @4-*.8
Fig!a 1*. nto m+>imo? @2.*-( Fig!a 18. nto m+>imo? @7.7-
Fig!a 1. nto m+>imo? @*.1-*.*
E.CA5CU5OS RESU5TADOS .1.- OBTENCION DE CURVAS .1.1.-CURVA B-0 Para obtener la curva B-H' necesitamos par"metros de la m"#uina. /l no contar con estos datos' usaremos las relaciones obtenidas de las ecuaciones &2) y &A).
:onde
y
son par"metros de los transformadores.
%ntonces la relaci*n B-H es una relaci*n indirecta de >-6.
B&H
) 0 3 1"0 2 1 *140 , ,120 , '100 + * 0 , ( B "0
40 20 0 0
200 400 "00 H ('*+',-, ,* .-/p0) Fig!a 29. O3ten%i
00
.1.2.-CURVA -B Basados en la aproimaci*n de la ecuaci*n &N)' tenemos una relaci*n indirecta de 4-B !racias a 4->.
W&B
1 " ) 1 ' .4 1 * 02 p1 ( W0 " 4 2 0 0
K0 100 1K0 B (,*+',-, ,* 0)
200
Fig!a 21. O3ten%i
.1.&.-CURVA -0 Basados en la aproimaci*n de la ecuaci*n &E)' tenemos una relaci*n indirecta de 4-H !racias a 4-6.
W&H
) -20 ' . *1K 0 p ( 10 W K
0 0
200 400 "00 H ('*+',-, ,* .-/p0) Fig!a 22. O3ten%i
00
.2.- OBTENCION DE CURVA DE IMANACIÓN Obtenemos el punto m"imo' en la referencias de coordenadas del mismo' !r"fico en el e+e JyM y el e+e JM &>-6 #ue indirectamente B-H) en cada fi!ura obtenida y los puntos m"imos los llevaremos a un %cel y !raficaremos los puntos para obtener la curva de imanaci*n &B-H).
1 2 3 4 ! "
E* 1 1 2 K "
E* 5 1 1 4 K K K "
Ta3"a 2. ntos m+>imos =istos en e" os%i"os%o/io /a!a "a6o )e ist$!esis
B&H (,*6 0+.'60+.0p'0) " )K B ( 84 * 3 E3
2 1 0 0
2
4 " E* 7 (H)
Fig!a 2&. O3ten%i
10
.CONC5USIONES
5e puede concluir #ue la curva de imanaci*n se puede obtener tomando los puntos m"imos de varios lazos de histéresis. %sto se demuestra al comparar la forma de la curva obtenida en la fi!ura 2F y la fi!ura 2A' #ue son parecidas. =o se puede obtener valores reales de la densidad de flu+o &B) y la intensidad de campo &H)' pero mediante ecuaciones podemos aproimar al!unas !r"ficas en forma relativa.
D.OBSERVACIONES
=o se cuenta con los par"metros del reactor con n$cleo de hierro. Por lo #ue no se puede calcular los valores reales de B &densidad de flu+o) y H &intensidad de campo).
.RECOMENDACIONES
5ería bueno contar con un frecuencímetro para medir el desfasa+e en cada toma de datos.
1F.BIB5IORAFA
8"#uinas eléctricas 1 Q pr"cticas @ Rordi de la Hoz ?asas @ p"!ina 1D-22.
Problemas resueltos de m"#uinas eléctricas @ uillermo Orte!a omes@ p"!ina 22.
http9@@333.mitecnolo!ico.com@8ain@:ensidad
http9@@333.!oo!le.com@ima!esSumT1UhlTenUbi3T12DFUbihTDAUtbsTischVA/1U saT1U#Tflu+oWma!neticoUa#TfUa#iTUa#lTUo# http9@@es.3iXipedia.or!@3iXi@?ampoYma!nV?AV/tico http9@@333.la3ebdefisica.com@apuntsfis@domaniom@electroma!netismo.pdf
http9@@es.3iXipedia.or!@3iXi@PermeabilidadYma!nV?AV/tica
http9@@333.ifent.or!@lecciones@capF@capF-FE.asp
