LABORATORIO 1 Lazo de Histeresis y Perdidas Reactor

Laboratorio de Máquinas Eléctricas 1- 2014A .

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Apellidos y Nombres:………………………………..……………. CUI:……………………..

GUIA DE LABORATORIO No. 1. TEMA: EL CICLO DE HISTERESIS Y PÉRDIDAS EN EL NÚCLEO DEL REACTOR

1. OBJETIVOS a) Observar experimentalmente el lazo de histéresis del núcleo. b) Determinar experimentalmente la curva de magnetización del núcleo del inductor. c) Determinar experimentalmente las perdidas magnéticas del núcleo. d) Determinar experimentalmente los parámetros de un inductor.

2. INTRODUCCIÓN A medida que el material se somete a una intensidad de campo magnético H en aumento, la densidad de flujo B también crece hasta que el material se satura. Observe la curva ab de la figura b). Ahora bien, si gradualmente la corriente se reduce a 0, la densidad de flujo B a lo largo del núcleo no regresa a 0 sino que retiene cierta intensidad magnética, como muestra la curva bc. La pérdida de la restitución magnética se conoce como histéresis. Histéresis es el retraso de la magnetización con respecto a la intensidad del campo magnético. La única forma de regresar a cero la densidad de flujo B en el anillo consiste en invertir el sentido de la corriente que fluye por el devanado. Este procedimiento origina la intensidad magnética H en sentido opuesto, como indica la curva cd . Si la magnetización continúa incrementándose en sentido negativo, el material finalmente se satura de nuevo con una polaridad invertida. Véase la curva de. Si se reduce otra vez la corriente a cero y luego se aumenta en el sentido positivo, se obtendrá la curva efb. La curva completa se llama ciclo de histéresis. El área encerrada por el ciclo de histéresis es una indicación de la cantidad de energía que se pierde al someter un material dado a través de un ciclo completo de magnetización. El rendimiento de muchos dispositivo electromagnéticos depende de la selección de materiales magnéticos con baja histéresis. Por otro lado, los materiales que se requiere que permanezcan bien magnetizados deberán presentar una gran histéresis.

Fig. 1. Ciclo o lazo de histéresis

Revisar mas la información de los materiales magnéticos para núcleos de inductores y transformadores. 2.1. PRE-LABORATORIO PRE-LABORATORIO Sean las variables medidas de un reactor de un reflector de lámpara de sodio, tensión nominal 127 V, corriente y potencia de consumo de 0.9 A y 35 W, respectivamente. Determinar los parámetros del reactor, la

Moisés C. Tanca Villanueva, Dr. Ing.



corriente magnetizante y en valor de su inductancia. Despreciar la resistencia de la bobina del reactor. (presentar la solución de este problema antes de iniciar la práctica). 3. MATERIALES, INTRUMENTOS DE MEDICIÓN Y EQUIPOS Los siguientes dispositivos, equipos, instrumentos y materiales serán necesarios para la realización de la practica: Item 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13

Cantidad 1 3 1 1 1 1 1 1 1 1 2 1 1

Descripción Regulador de tensión monofásica (variac) 220 V, 5 A Inductores con núcleo de hierro de: 220 V, 110 V, 50 V. Amperímetro de c.a. 1 A, 2 A Voltímetro de c.a. de 150 V, 300V Vatímetro 1A, 120; 5 A, 240 V Frecuencímetro de 220 V Osciloscopio de 2 canales, 2 terminales de tensión Microohmímetro MPK5 (o puente Wheastone) Reóstato o resistencia de 4800 Ω, 0.8 A Reóstato o resistencia de 11 Ω, 8 A Capacitores de 10 µF, 300 V Multitester para verificación de circuitos Kit de cables flexibles 1x14 AWG ó 2.5 mm2

Código

4. PROCEDIMIENTO a) Determinación práctica el lazo de histéresis del núcleo: Montar el circuito de la fig.2, teniendo cuidado con las conexiones y las escalas de la señal de tensión del osciloscopio.

Fig. 2. Montaje de circuito de observación del lazo de histéresis.

- Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, alimentar el circuito con el regulador de tensión haciendo variar lentamente las tensiones desde 0 voltios hasta el valor nominal. - A tensión nominal copiar o capturar la imagen del lazo del histéresis considerando sus escalas de sus respectivos ejes. Rotule la imagen con el tipo de inductor ensayado.




Fig. 3. Eje de la imagen del lazo de histéresis experimental en el osciloscopio.

- Medir el valor eficaz de la corriente de excitación y tomar medidas geométricas del tamaño del núcleo del inductor: ancho, largo, altura, dimensiones de la ventana, número de columnas y corazas. b) Determinar experimentalmente la curva de magnetización, perdidas del núcleo y parámetros del inductor: montar el circuito de la fig.3 y realizar lo siguiente:

Fig. 4. Montaje de Circuito de medición de pérdidas del núcleo.

- Seleccionar un inductor para esta prueba teniendo en cuenta su tensión nominal y medir la resistencia del bobinado con el puente Wheastone. Y verificar su aislamiento efectivos entre el bobina y núcleo. Resistencia de bobina:_______ ; Resistencia de aislamiento bobina y núcleo:_______ Medir las dimensiones del núcleo ferromagnético: Largo:……Ancho:…..profundidad:……. Dimensiones de la ventana, altura hw:……., ancho ww:…… Moisés C. Tanca Villanueva, Dr. Ing.



- Una vez verificado el montaje del circuito por el instructor, alimentar el circuito con el regulador de tensión haciendo variar lentamente las tensiones desde 0 voltios hasta 120% del valor nominal. Tomando un juego de 12 lecturas de los instrumentos.

No.

Amperímetro div Ci A

Voltímetro div Cv V

Vatímetro div Cw W

Frec. Hz

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 5. CUESTIONARIO PARA LA DISCUSIÓN DE RESULTADOS 5.1. Explique el circuito empleado para la capturar experimental de la imagen del lazo de histéresis. 5.2. Describa la variación del área del ciclo de histéresis con los diferentes núcleo de inductores? 5.2. Clasifique los tipos de materiales con la forma del lazo de histéresis. 5.3. Como explica Ud. los valores diferentes de corriente de excitación para la tensión nominal del inductor. 5.4. Explique porqué según la ley de Faraday la tensión inducida es proporcional a –(dϕ/dt),

considerando que el ϕ es directamente proporcional con la corriente de excitación. 5.5. Tabular todos los valores registrados en la experiencia de medición de pérdidas del núcleo y calcular el factor de potencia experimental. Trazar o graficar la curva características de V vs I y W vs U en escala adecuada o en papel milimetrado. 5.6. Trazar la curva de magnetización del material del núcleo ensayado. B vs NI(H), y la curva de perdidas en función del la densidad de campo magnético, W/peso vs B. 5.7. Que representan cada una de las curvas características trazadas, explique., 5.8. Calcular los parámetros del inductor con los dato a tensión nominal y dibuje el circuito equivalente del inductor y explique que representa cada uno de los elementos obtenidos de la práctica. 6. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA 6.1. Investigue y compruebe como se podría obtener la forma de la onda de la corriente de excitación en relación a la tensión aplicada al inductor. 6.2. Investigue que ocurre con el flujo magnético en los dispositivos (o en los convertidores electromecánicos) con núcleos ferromagnéticos diseñados a la frecuencia nominal de 50 Hz se hace funcionar a la frecuencia de 60 Hz y viceversa. 7. CONCLUSIONES Y OBSERVACIONES Plantea en forma personal y clara un mínimo de cinco (5) conclusiones de la experimentación. Plantea en forma personal y clara un mínimo de tres (5) observaciones para mejorar la experiencia de las práctica de estas pruebas. 8. BIBLIOGRAFIA




Al final de todo documento o informe técnico se hace referencias a la bibliografía empleada y la normalización respectiva. Dar las referencias bibliográficas de su informe de la práctica como en el ejemplo siguiente. 1. 2. 3.

Jesús Fraile Mora, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. edición, 2008. Fitzgerald A. E. Charles Kingsley Jr, Stephen D. Umans, “Máquinas Eléctricas”, McGraw Hill, 6ra. edición, 2003. ….

ANEXO Todo material relacionado con la ejecución de la practica que ayude a elaborar y comprender el informe presentado.

Circuitos equivalente del inductor considerando la resistencia del bobinado.




Datos tomado de laboratorio Grupo C Reactor No. 1

Rb=1.52 ohmios Dimensiones: altura: 13.5 cm; Ancho: 11 cm; profundidad: 7 cm. Dimensiones de la ventana, altura hw=(11-2*2.3)=6.4 cm; ancho ww=(13.5-4*2.3)/2=2.15 cm.

No.


1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12

0.17


Vatímetro div Cw W

110

10

Frec. Hz

60

Reactor No. 2

Rb=… ohmios Dimensiones: altura= 15.5 cm.; Ancho = 9 cm.; profundidad= 8.2 cm. Dimensiones de la ventana, altura hw = (15.5-2*2.3) = 10.9 cm.; ancho ww = (9-2*2.3) = 4.4 cm

No.


1 2 3 4 5 6 Moisés C. Tanca Villanueva, Dr. Ing.


Vatímetro div Cw W

Frec. Hz


7 8 9 10 11 12

0.039



220

49

0.4

19.6

60

LABORATORIO 1 Lazo de Histeresis y Perdidas Reactor

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