El Reactor con Núcleo de Hierro Torpoco Llacza Piero Daniel Facultad de Ingeniería Ingeniería Eléctrica y Electrónica, Electrónica, Universidad Universidad Nacional de Ingeniería Ingeniería
[email protected]
Resumen- Este
documento es el Informe Previo para la experiencia de laboratorio N°1 del curso EE240 – Laboratorio Laboratorio de Máquinas Eléctricas, sección N. La experiencia de laboratorio se realizará en el Laboratorio de Electricidad de la Universidad Nacional de Ingeniería y estará a cargo del Ing. Agustín Gutiérrez Paucar y del Ing. Tomás Palma García .
I.
OBJETIVOS
El objetivo principal es la obtención de la característica característica B-H B -H a partir de la prueba de excitación. Observación del lazo de histéresis dinámico y forma de onda de la corriente del reactor, sin entrehierro y con entrehierro. Otro objetivo es identificar las pérdidas del núcleo (Histéresis y Foucault). II. TEORÍA Previo a la experiencia de laboratorio se requiere conocer los siguientes conceptos: A. Materiales ferromagnéticos ferromagnéticos
Los materiales ferromagnéticos presentan una gran inducción magnética al aplicarles un campo magnético. Permiten concentrar con facilidad líneas de campo magnético, acumulando densidad de flujo magnético elevado. Estos materiales se utilizan para delimitar y dirigir a los campos magnéticos. Los elementos ferromagnéticos que se encuentran en la naturaleza son solamente tres: hierro, níquel y cobalto. Entre éstos, naturalmente el de mayor uso es el hierro y sus aleaciones con los otros dos y otros ot ros metales (Al, Cu, etc).
C. Densidad de flujo magnético(B)
Es el flujo magnético por unidad de área de una sección normal a la dirección del flujo, y es igual a la intensidad del campo magnético. La unidad de densidad en el Sistema Internacional de Unidades es el Tesla (T). En las estructuras ferromagnéticas excitadas con corriente alterna se cumple que: ( 1) Donde es la frecuencia, es el número de espiras, es el área de la sección transversal y es el voltaje eficaz aplicado a la estructura. D. Intensidad del campo campo magnético(H) magnético(H)
El campo H se ha considerado tradicionalmente el campo principal o intensidad de campo magnético, magnético, ya que q ue se puede relacionar con unas cargas, masas o polos magnéticos por medio de una ley similar a la de Coulomb para la electricidad. Maxwell, por ejemplo, utilizó este enfoque, aunque aclarando que esas cargas eran ficticias. Con ello, no solo se parte de leyes similares en los campos eléctricos y magnéticos (incluyendo la posibilidad de definir un potencial escalar magnético), sino que en medios materiales, con la equiparación magnética de H con E (campo eléctrico). La unidad de H en el SI es el amperio por metro (A/m) (a veces llamado ampervuelta por metro). Su unidad en el sistema de Gauss es el Oersted (Oe), que es dimensionalmente igual al Gauss. En las estructuras ferromagnéticas ferromagnéticas se cumple que: que : ( 2) Donde es la longitud media de la estructura e es la intensidad de corriente aplicada a la estructura. E. Lazo de histéresis histéresis
Fig. 1 Materiales Ferromagnéticos Ferromagnéticos
B. Flujo Magnético( Φ )
El flujo magnético es una medida de la cantidad de magnetismo y se calcula a partir del campo magnético, la superficie sobre la cual actúa y el ángulo de incidencia formado entre las líneas de campo magnético y los diferentes elementos de dicha superficie. Se mide en webers (Wb).
Cuando un material ferromagnético sobre el cual ha estado actuando un campo magnético cesa la aplicación de este, el material no anula completamente su magnetismo, sino que permanece un cierto magnetismo magnetismo residual (imanación (imanación remanente Br). Para desimantarlo será precisa la aplicaci ap licación ón de un campo contrario al inicial. Este fenómeno se llama histéresis magnética, que quiere decir inercia o retardo.
( 4)
Donde es la frecuencia de la onda y es el área de la sección transversal. Usando (1) y (2) se puede obtener la curva B- H ya que de forma indirecta sería la relación entre e medida en los instrumentos conectados al reactor. B. Separación de pérdidas
Fig. 2 Lazo de histéresis
El área que encierra la curva de la Fig.2 representa la energía perdida en el hierro del núcleo. Es por ello que conviene que la gráfica sea lo más delgada posible (idealmente lineal). III. EQUIPOS A UTILIZAR Para la experiencia de laboratorio usaremos los siguientes materiales: 1 Reactor de núcleo de hierro de forma U-I de 250 espiras.
Si se conocen las pérdidas totales de una plancha magnética, midiendo a diferentes frecuencias pero con la misma densidad de flujo máxima; es posible deducir analíticamente o gráficamente sus dos componentes de la siguiente manera. Si mantenemos constante el entonces las pérdidas totales son: ( 5) Luego si tomamos dos mediciones de ( y ) a frecuencias distintas ( y ) se pueden obtener los coeficientes y usando (4) y (5): ( 6)
1 Autotransformador 1Φ de 220V y 10A. 1 Resistencia de 60kΩ. 1 Reóstato variable de 4.5Ω. 1 Condensador de 20μF.
1 Multímetro digital fluke. 1 Multímetro de 150V. 1 Amperímetro de pinza AC digital de 5A. 1 Vatímetro de 120W (YEW). 1 Osciloscopio con 2 puntas de prueba con acceso vertical y horizontal. IV. PROCEDIMIENTO
Se procederá a realizar los cálculos previos, diagramas y circuitos del experimento, el cual está conformado por las siguientes partes: A. Obtención de la característica B-H
Para determinar la característica B-H del núcleo de hierro con las mediciones hechas (Voltaje, corriente y potencia) se procederá de la siguiente forma: Para cada corriente calculada se calcula la intensidad magnética usando (2) y se obtiene:
( 3)
Donde es el número de espiras, es la corriente y es la longitud media del reactor. Para cada valor de se tiene un valor de , este valor se reemplazará en la siguiente fórmula, obtenida a partir de (1):
( 7)
Entonces las pérdidas por histéresis son y las pérdidas de Foucault son . C. Observación del lazo de histéresis y forma de onda de la corriente del reactor. 1) Lazo de histéresis: El lazo de histéresis se obtendrá en el
osciloscopio durante la realización de la experiencia para distintos valores. 2) Corriente del reactor: De la misma forma siguiendo los pasos indicados en la guía se obtendrá la forma de onda de la corriente del reactor para distintos valores. R EFERENCIAS [1]
Agustín Adalberto Gutiérrez Paucar, Teoría y Análisis de Máquinas Lima, Universidad Nacional de Ingeniería, Facultad de Ingeniería Electrónica, 2002.
Eléctricas,
