República Bolivariana De Venezuela Universidad Nacional Experimental Tecnología eléctrica - Ensayo N° 01: Ciclo de histéresis dinámico
Antonio José De Sucre
Vicerrectorado Puerto Ordaz Departamento de Ingeniería Eléctrica Sección: Campos y Redes Eléctricas Laboratorio de tecnología eléctrica sección M1
Prof.: Hernay Angélica. Realizado Por: Tirso Fabian Manrique C.I: 20 505 839 Marco Carima C.I:
Ciu dad Guayana, En er o de 2017 2017 Prof. (a): Hernay Hernay Angélica. Angélica.
Tecnología eléctrica - Ensayo N° 01: Ciclo de histéresis dinámico
INTRODUCCIÓN La palabra histéresis en general, se usa el término para designar procesos en los que la evolución del sistema depende de la preparación anterior, y de una reacción algo así como tardía a la acción. La histéresis es una propiedad que afecta a los cuerpos ferromagnéticos. La histéresis no es más que una retención de densidad de flujo por parte del transformador aun cuando su intensidad de campo haya alcanzado el valor de cero. Para el desarrollo esta práctica se utilizará una forma indirecta de medición para ambas variables. Cuando a un material ferromagnético se le aplica un campo magnético creciente Bap su imantación crece desde O hasta la saturación Ms, ya que todos los dominios magnéticos están alineados. Así se obtiene la curva de primera imantación. Posteriormente Posteriormente si Bap se hace decrecer gradualmente hasta anularlo, la imantación no decrece del mismo modo, ya que la reorientación de los dominios no es completamente reversible, quedando una imantación remanente MR: el material se ha convertido en un imán permanente. Si invertimos i nvertimos Bap, conseguiremos anular la imantación con un campo magnético coercitivo Bc. El resto del ciclo se consigue aumentando de nuevo el campo magnético aplicado. Este efecto de no reversibilidad se denomina ciclo de histéresis.
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OBJETIVOS Objetivo General: Estudiar las características de un material ferromagnético, sometido a la acción de un campo magnético periódicamente variable, mediante la visualización de su ciclo de histéresis dinámico a una frecuencia de 60 HZ.
Objetivos Específicos: Visualizar el ciclo de Histéresis del material ferromagnético utilizado, en este caso, la chapa del transformador. Obtener los valores experimentales de Hmax. y Bmax. a través de los datos obtenidos en el laboratorio. Obtener los valores teóricos de Hmax. y Bmax a través del cálculo matemático. Comparar valores teóricos con valores experimentales, para el análisis del mismo. Obtener conclusiones sobre los resultados obtenidos.
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FUNDAMENTOS TEÓRICOS 1.- ¿Qué es la histéresis magnética y como se produce? La histéresis magnética es el fenómeno que permite el almacenamiento de información en los imanes de los discos duros o flexibles de los ordenadores: el campo induce una magnetización en el pequeño imán, que se codifica como un 0 o un 1. Esta codificación permanece en ausencia de campo, y puede ser leída posteriormente, pero también puede ser invertida aplicando un campo en sentido contrario. Se produce la histéresis, al someter al núcleo a un campo creciente, los imanes elementales giran para orientarse según el sentido del campo. Al decrecer el campo, la mayoría de los imanes elementales recobran su posición inicial, sin embargo, otros no llegan a alcanzarla debido a los rozamientos moleculares conservando en mayor o menor grado parte de su orientación forzada, haciendo que persista un magnetismo remanente que obligue a cierto retraso de la inducción respecto de la intensidad de campo.
2.- Fase de la curva de histéresis Primera etapa: La curva parte de cero cuando el material no está energizado, variando la
intensidad de campo magnético (H). La curva que representa el valor del campo en la pieza (B), crece y toma la forma de la curva a trozos (Fig. A), hasta alcanzar el punto Ha llamado saturación (A).
Fig. A Segunda etapa: ahora se empieza a reducir el valor de intensidad de campo magnética H,
y se observa, fig B, que el valor B no sigue la curva de magnetización, sino otra como la del trazo lleno, de tal manera que cuando H vuelve a cero, el flujo en la pieza es distinto de cero ( punto B). La distancia O-B se llama magnetismo residual. La capacidad de un
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material ferromagnético para cierta cantidad de magnetismo residual, se llama retentividad.
Fig. B Tercera etapa: para anular el magnetismo residual, obliga a aplicar un campo H de
dirección contraria al anterior, fig C, que crea una fuerza llamada fuerza coercitiva y es la intensidad del campo inverso necesario para eliminar el magnetismo residual de un material.
Fig. C Cuarta etapa: Si aumentamos el valor de H en la dirección opuesta a la inicial, se alcanza la
saturación en D, fig D, de la misma intensidad que en A pero de sentido opuesto. La pieza ha sido magnetizada en dirección inversa. Si se reduce el valor de H hasta cero, la curva vuelve a alcanzar el punto E homologo al punto B, para la anulación habría que aplicar una
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fuerza coercitiva representada por (O-F). Si seguimos incrementando H, cerramos y completamos la curva A.
Fig. D
3.- Formas de las curvas de histéresis y aplicaciones Existen dos formas diferentes en que se pueda observar la curva de hi stéresis Curva de histéresis ancha (materiales magnéticos duros), nos indica que el material es difícil de magnetizar, tendrá alta reluctancia. Bajo esta característica de histéresis materiales como el acero duro tendrá las siguientes características: 1. Baja permeabilidad. 2. Alta retentividad. 3. Alta fuerza coercitiva. 4. Alta reluctancia. 5. Alta cantidad de magnetismo residual.
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Curva de histéresis delgada (materiales magnéticos blandos), mostrada en un material suave, como el hierro con bajo contenido de carbono, muestra las siguientes características: 1. Alta permeabilidad 2. Baja retentividad 3. Baja fuerza coercitiva 4. Baja reluctancia 5. Baja cantidad de magnetismo residual
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MATERIALES Y HERRAMIENTAS
Material Ferromagnético, (núcleo ferromagnético o Chapa del Transformador).
2 Bobinas
Capacitor Variable.
2 Resistencias de 20 Ω y 470K Ω
Fuente de Tensión (Corriente Alterna)
Amperímetro Amperímetro Analógico
Multímetro Digital, Marca: Uni-T.
Osciloscopio
Cables de Conexión
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Montaje Experimental
Procedimiento
Verifique que en su mesa de trabajo se encuentren completo lo descrito en la parte de Materiales y Equipo.
Realice las conexiones necesarias para la obtención del montaje
Visualización y dibuje el Ciclo de Histéresis en el Osciloscopio
Medidas a realizar Dibujo y medición de las del dimensiones Estructura ferromagnético (Ka 0.97)
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Dimensiones Estructura Ferromagnético Ferromagnético H
ab
Ka
BM
Im
3cm
3cm
0.97
10cm
10.5cm
S
8.73
El núcleo de la sección es:
Sección Eficaz (S):
La longitud media del circuito magnético (Lm):
Np
Ns
Rp
Rs
Cs
Lm
vueltas
vueltas
Ω
Ω
µf
cm
900
600
20
470
0.1
29
S
8.73
Tabla de datos experimental Ip
Vs
Kx
Ky
dx
dy
f
mA
V
V/div
V/div
div
div
Hz
0.18
15.24
2
2
2
3.2
60
Calculo de Bmax (Gráficamente)
()
Calculo de Hmax (Gráficamente)
] [ Prof. (a): Hernay Hernay Angélica. Angélica.
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] ( ) [
Calculo de Br (Gráficamente)
De la gráfica visualizada en el osciloscopio podemos observar observar que el punto Br= 1.9740 gauss
Calculo de Hc (Gráficamente)
Análogamente Análogamente a la experiencia anterior se puede observar que el punto Hc= 2.172Oe
Calculo de Bmax (Teóricamente).
Calculo de Hmax (Teóricamente).
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Análisis de Resultados Al comparar los resultados Hmax y Bmax obtenidos tanto experimentalmente como teóricamente, con una frecuencia de 60 Hz, se observa que ambos métodos arrojan valores muy diferentes. El Hmax gráficamente obtenido da 6.206Oe mientras que el Hmax
teórico
siendo grande la diferencia y teniendo un alto porcentaje de error.
El Bmax gráficamente es de 5.743 gauss mientras que el de teórico es de .
Es imprescindible mencionar que la causas de esto puede influir en muchos factores externos, entre ellos puede ser que al momento de tomar los datos no se tome correctamente o falta de precisión de los instrumentos de medición.
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Conclusiones
A medida que la corriente del primario decrecía en la práctica, la intensidad de flujo también lo hacía. Esta fue el único caso de una verdadera proporcionalidad directa. Se Visualizó el ciclo de Histéresis del material ferromagnético utilizado en este caso en la chapa del transformador a través del osciloscopio, el cual se calibro para dicha observación.
La potencia perdida por histéresis depende esencialmente del tipo de material.
Se logró obtener los datos experimentales del Hmax y Bmax a través de la práctica de laboratorio, para luego calcular matemáticamente los datos
Es muy importante estar atento a la hora de realizar las mediciones para evitar errores de precisión.
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