Instrumentos de Hierro Movil -G5

Universidad Tecnológica Nacional Facultad Regional Regional Mendoza Mendoza

Departamento de Electrónica Medidas Electrónicas I

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Instrumentos De Hierro Móvil Son instrumentos que funcionan indistintamente en C.C. y C.A. Son muy resistentes a los golpes y vibraciones, lo mismo a que las sobrecargas debido a que casi no tienen partes móviles, es decir su equipo móvil tiene muy bajo momento de inercia. Poseen una bobina fija, son muy económicos y pueden cambiarse el alcance con solo variar el número de espiras de la bobina fija (que es la única que hay) y la sección del alambre de la misma bobina. Prácticamente el 90% de los instrumentos que se usan como voltímetro o amperímetro en estaciones transformadoras y en la industria son de este tipo. Podemos clasificarlos según su forma constructiva en los siguientes tipos: 1) Instrumentos de atracción. 2) Instrumentos de repulsión de hierros rectos o radiales. 3) Instrumentos de repulsión de hierros curvos o tangenciales.

Instrumentos de atracción

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La figura 1, presenta un esquema en perspectiva, que permite ubicar a los distintos componentes, donde se destaca un bobinado fijo que genera un flujo magnético que al atravesar el hierro móvil en forma de una delgada capa de hierro magnético crea en sus bornes de entrada y salida polos magnéticos (masas magnéticas) que serán de polaridad sur donde el flujo entra y polaridad norte, donde sale. A su vez el propio bobinado (figura 2) aparecen polos en sus extremos, que serán también sur donde el flujo entra y norte donde sale. De este modo el extremo donde se halla el hierro móvil habrá, muy próximo entre si un polo del hierro y un polo del bobinado de distinto signo, de polaridad distinta, por lo que se atraerán con la fuerza F. Que siendo proporcional al producto del flujo por la carga magnética inducida en el hierro (mH), resulta proporcional al flujo al cuadrado, por lo tanto la fuerza F es proporciona l al cuadrado de la intensidad. Si la intensidad cambia de sentido, también el flujo cambia y todos sus polos norte pasan a ser sur y viceversa, de modo que la fuerza F conserva su sentido siempre hacia el interior del bobinado, por lo cual se deriva el nombre de estos instrumentos, ya que siempre hay atracción cualquiera sea el sentido de la corriente. El análisis de la respuesta de este instrumento muestra que se trata de una respuesta cuadrática, que es la forma matemática de expresar que el instrumento funciona absolutamente del mismo modo con intensidades positivas o intensidades negativas, o sea cualquier sentido de la circulación de la corriente por el bobinado. El hierro móvil está construido con aleaciones ferromagnéticas de muy baja remanencia. Esto es necesario para que el instrumento tenga poca historia magnética, es decir para que no introduzca error en la medición debido al magnetismo remanente que hubiera quedado desde la medición anterior. También el hierro móvil es necesario que presente un ciclo de Histéresis de poca área, para minimizar las pérdidas por Histéresis, que podrían provocar el calentamiento de esta pieza y el cambio en sus propiedades magnéticas. En cuanto a las pérdidas por corrientes parásitas se busca de reducirlas haciendo el hierro móvil de muy poco espesor e introduciendo en la aleación un pequeño porcentaje de silicio. El amortiguamiento se logra mediante cámara de aire o neumática. Se trata de un receptáculo en forma de corona cilíndrica totalmente cerrada, excepto una pequeña ranura que permite el paso del brazo que soporta una pantalla llamada aspa, que al moverse por ser solidaria al sistema móvil provoca movimiento de aire en la cámara ocasionando una débil sobrepresión en la cara delantera y una débil subpresión en la cara trasera.

Respuesta del Instrumento de Atracción en Corriente Continua.


φ= m H

K 1. N . I R = K 3 .φ


= K 2 . I

F = K 4 .φ .m H

= K 4 .φ ...K 3 .φ = K 5 .φ 2 M E = F . D suponiendo d = cte. M E = K 5 .d .φ 2 = K 6 .φ 2 = K 6 .K 22 . I 2 = K 7 . I 2 Si α = α equilibrio ⇒ M E = M M M M = K 8 .α K 7 . I 2 = K 8 .α equilibrio ⇒ α equilibrio = K 9 . I 2

Instrumento de hiero móvil de repulsión de hierros rectos o radiales.

Respuesta del Instrumento de repulsión en C.C.

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φ=

K . N . I

= K 1. I

K 1

m F

R = K 2 .φ

mm

= K 3 .φ = masa magnética

F N

=

F

=

F S

F N

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K . N

R = masa magnética del hierro fijo

= K 4 . +

=


F S

m F .mm d 2

del hierro móvil

Ley de Coulomb se desprecia d

= 2.K 4 .m F .mm = K 5 .mF .mm

= K 5 .K 2 .φ .K 3 .φ = K 6 .φ 2 = K 6 .K 12 . I 2 = K 7 . I 2 F T = F . cosα cosα se desprecia, por lo tanto F T = F F T = K 7 . I 2 M E = K 8 .F T = K 8 .K 7 . I 2 = K 9 . I 2 M M = K 10 .α Si α = α equilibrio M E = M M ⇒ K 9 . I 2 = K 10 .α equilibrio ⇒ α equilibrio = K 11 . I 2 F

Instrumentos de hierro móvil de repulsión de hierros cilíndricos o tangenciales



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Escala del instrumento de hierro móvil del tipo de repulsión de hierro cilíndrico. En este instrumento el recorte que se hace a uno de los hierros, tiene por objeto modificar la escala de modo que resulte muy dilatada la parte central y comprimida en ambos extremos.

α eq = K . I 2

I(A) 0

α eq (divisiones) 0

1

1

2

4

3 4

9 16

5

25

6

36

Esta escala se usa cuando el instrumento esta provisto para medir un valor que generalmente es el mismo o constante con pequeñas fluctuaciones. Por ejemplo la intensidad normal de un motor, de modo que este valor se trata de que este ubicado aproximadamente en el centro de la escala, donde a causa de la expansión la sensibilidad es mayor, dejando un margen bastante amplio hacia valores superiores para poder visualizar, aunque no sea con menor sensibilidad y menor exactitud aquellos valores anormales que pudieran producirse por fallas de funcionamiento o por sobrecargas exageradas y por lo tanto peligrosas. Un caso similar lo representan los voltímetros que se usan en moto generadores y cuya tensión normal es casi constante, pero que puede subir si se descarga bruscamente el generador o aumenta la velocidad del motor primario. Así por ejemplo si el generador tuviese una tensión nominal de 380V, este valor se ubicaría en el centro de la escala, aproximadamente en su extremo llegaría a 600V. La respuesta de este instrumento ante la circulación de la intensidad por la bobina es similar al caso de instrumento de hierro rectos o radiales, ya que la forma de los hierros solo provoca la modificación de la escala, que en todos los casos, estos instrumentos tienen amortiguamiento por cámara de aire.

Usos de los 3 tipos de instrumentos: Los 3 tipos de instrumentos de hierro móvil se usan para construir voltímetro y amperímetro. En el caso de voltímetro el bobinado es de muchas espiras (entre 2000 y 10000) con alambres muy finos. Estos voltímetros exigen para reflexionar a plena escala intensidades de algunas decenas de miliamperes, de modo que resulta con resistencia específica (ohmios/voltios) relativamente bajas. Esto es un inconveniente si se deben medir



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tensión en circuitos de alta impedancia. Sin embargo no significa ningún inconveniente en mediciones industriales.

Respuesta en corriente alterna de os instrumentos de hierro móvil. En C.C. se estableció M E = K 1. I 2 para todas las formas constructivas. En C.A. vale en valores instantáneos.

M E ( ins tan táneo) M E ( medio) M E ( medio)

= =

= K 1 .i 2 1

2π 1

i

= valor instantáne

o

2π

∫ M

E ( ins tan táneo)

.d ωt

0

2π

K .i .d ωt 2π ∫ 2

donde i

1

= I ˆ cosωt

0

M E ( medio) M E ( medio)

M E ( medio)

=

1

2π

2 2 I ˆ .K 1 ˆ K 1. I cos ωt .d ωt = 2π 0

( 2π ∫

)

2π

∫ cos ωt .d ωt 2

cos 2 α

0

=1

+ cos 2α 2

2π 2π 1  cos 2ωt . d t . d t = ω + ω  2  ∫ 0 2 2π  ∫ 0  2  I ˆ  I ˆ 2 .K 1  = K 1 . I ef 2 .2π = K 1. =   2π .2  2 

I ˆ 2 .K 1

= K 2 .α Si α = α equilibrio ⇒ M E = M M K 1 . I ef 2 = K 2 .α equilibrio ⇒ α equilibrio = K 3 . I ef 2

M M

Instrumentos Electrodinámicos Introducción Estos instrumentos permiten construir voltímetros, amperímetros, vatímetros, varímetros, cofimetros o fasímetros (la única diferencia está en la escala) y hertzímetros.

Instrumentos de Hierro Movil -G5

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