Ao de la Diversificacin Productiva y del Fortalecimiento de la Educacin

LABORATORIO 1

CURVAS DE MAGNETIZACION

CURSO: MAQUINAS ELECTRICAS

PROFESOR: FIGUEROA

ESTUDIANTE: ATAHUAMAN RICALDI, Claudio BLANCO PONCE, Kevin CHIARA PAUCAR, Ronald REYES, Cristhian

HORARIO: MIERCOLES 6:15 - 8

TURNO: NOCHE

2015 I

INTRODUCCION

Podemos considerar elementos magnticos a aquellos elementos de la tabla peridica que tienen electrones desapareados, pero en realidad esto no sucede, ya que slo existen 3 elementos que se magnetizan al aplicarles un campo magntico, son el Hierro (Fe), Cobalto (Co), Nquel (Ni). El magnetismo es dipolar, es decir, existen dos polos magnticos separados por una determinada distancia.Las propiedades magnticas, son las determinadas respuestas de un material al campo magntico.Se distinguen entre materiales magnticos blandos y materiales magnticos duros. Materiales Magnticos blandos: Aquellos que se pueden desmagnetizar. Materiales Magnticos duros: Aquellos que no se pueden desmagnetizar.

OBJETIVO

1. Determinar a partir de pruebas experimentales la caracterstica de magnetizacin del material ferromagntico del transformador en cuestin.2. Esta caracterstica de magnetizacin tiene 3 zonas bien definidas: Zona lineal, codo de saturacin y zona saturada.

EQUIPOS Y MATERIALES

01 Fuente variable o conversor AC 0-220V 02 Multmetros digitales (0 10 amp , 0 750 Volts AC) 01 Transformador monofsico 150 VA, 220 / 115 V , 60 Hz Conductores de conexin MULTMETRO DIGITAL TRANSFORMADOR 1

CABLES DE CONEXIN REGLA DE MEDICIN BATIMETRO (W) AUTOTRANSFORMADOR (0V /220V)

MONTAJE EXPERIMENTAL

FUNCIONAMIENTO DEL CIRCUITO

MARCO TERICO

1.1 curvas de magnetizacin

La curva de magnetizacin de un material ferromagntico es aquella que representa el magnetismo en el material como funcin de la fuerza magnetizante.

MagnetismoFuerza magnetizante

fN * i

li

BH

Estas curvas se obtienes debido a que la permeabilidad de los materiales ferromagnticos no es constante, entonces, para ilustrar el comportamiento de la permeabilidad de un material ferromagntico se aplica una corriente continua al ncleo, iniciando con 0 A y subindola lentamente hasta la mxima corriente permitida. Cuando el flujo producido en el ncleo se pone en contra de la fuerza magneto motriz que lo produce, el plano resultante luce como la figura a continuacin. Este tipo grfico se llama curva de saturacin o curva de magnetizacin.

Esquema de una curva de magnetizacin de cc para un ncleo ferromagntico, expresada en trminos de flujo magntico (f) y fuerza magneto motriz (F).

Curva de magnetizacin expresada en trminos de densidad de flujo e intensidad de magnetizacin.

Curva de magnetizacin expresada en trminos de enlace de flujo (l ) e intensidad de corriente.De las grficas se observa que:Al principio un pequeo aumento en la fuerza magneto motriz produce un enorme aumento en el flujo resultante. Despus de cierto punto, los subsiguientes aumentos en la fuerza magneto motriz, producen relativamente poco aumento en el flujo. Finalmente, un aumento en la fuerza magneto motriz casi no produce cambio alguno.La regin de la curva de magnetizacin en que la curva se aplana se llama regin de saturacin y se dice, entonces que el ncleo est saturado. En contraste, la regin donde el flujo cambia muy rpidamente se llama regin no saturada de la curva y se dice que el ncleo no est saturado. La zona de transicin entre la regin no saturada y la saturada, en ocasiones se llama la "rodilla" de la curva. En la figura b y c se muestran otros grficos estrechamente relacionados con el anterior. El grfico b ilustra un grfico de densidad de flujo magntico B contra intensidad magntica H. El c ilustra un grfico de enlace de flujo l contra intensidad de corriente i.El ncleo debe hacerse funcionar en la regin no saturada de la curva de magnetizacin debido a que el flujo resultante debe ser proporcional, o aproximadamente proporcional, a la fuerza magneto motriz aplicada 1.2 interpretacin de la pendiente de la curva de magnetizacin:

Las tres curvas de magnetizacin anteriores son proporcionales (B - H; f - F; l - i) y sus pendientes tienen la siguiente interpretacin.Curva de magnetizacin l v/s i:La pendiente de esta curva corresponde a la inductancia de la bobinaL = l / iCurva de magnetizacin B v/s H:La pendiente de esta curva corresponde a la permeabilidad magntica del material m = B / HCurva de magnetizacin f v/s N * i La pendiente de esta curva corresponde a la permanencia magntica del material.r = f / (N * i)

1.3 materiales ferromagnticos

Los materiales ferromagnticos, compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto, tungsteno, nquel, aluminio y otros metales, son los materiales magnticos ms comunes y se utilizan para el diseo y constitucin de ncleos de los transformadores y maquinas elctricas. En un transformador se usan para maximizar el acoplamiento entre los devanados, as como para disminuir la corriente de excitacin necesaria para la operacin del transformador. En las maquinas elctricas se usan los materiales ferromagnticos para dar forma a los campos, de modo que se logren hacer mximas las caractersticas de produccin de par.Estos materiales han evolucionado mucho con el paso del tiempo lo que implica ms eficiencia, reduccin de volmenes y costo, en el diseo de transformadores y maquinas elctricas.Los materiales ferromagnticos poseen las siguientes propiedades y caractersticas que se detallan a continuacin.Propiedades de los materiales ferromagnticos.

Aparece una gran induccin magntica al aplicarle un campo magntico. Permiten concentrar con facilidad lneas de campo magntico, acumulando densidad de flujo magntico elevado. Se utilizan estos materiales para delimitar y dirigir a los campos magnticos en trayectorias bien definidas. Permite que las maquinas elctricas tengan volmenes razonables y costos menos excesivos.

Caractersticas de los materiales ferromagnticos.

Los materiales ferromagnticos se caracterizan por uno o varios de los siguientes atributos: Pueden emanarse mucho ms fcilmente que los dems materiales. Esta caracterstica viene indicada por una gran permeabilidad relativa Tienen una induccin magntica intrnseca mxima Bmax muy elevada. Se imanan con una facilidad muy diferente segn sea el valor del campo magntico. Este atributo lleva una relacin no lineal entre los mdulos de induccin magntica (B) y campo magntico. Un aumento del campo magntico les origina una variacin de flujo diferente de la variacin que originara una disminucin igual de campo magntico. Este atributo indica que las relaciones que expresan la induccin magntica y la permeabilidad () como funciones del campo magntico, no son lineales ni uniformes. Conservan la imanacin cuando se suprime el campo. Tienden a oponerse a la inversin del sentido de la imanacin una vez imanados.

1.4 densidad de campo magntico (b):

En un ncleo de hierro u otro material ferromagntico, que tiene un bobinado de alambre de N vueltas en torno a una columna del ncleo como se muestra en la figura Por lo tanto todo el campo magntico producido por la corriente permanecer esencialmente dentro del ncleo, de tal modo que el recorrido de integracin de la ley de Ampere ser lc. La corriente que pasa dentro del recorrido de integracin I neta es entonces, N * i, puesto que la bobina abraza el recorrido de integracin N veces, mientras conduce la corriente i. La ley de Amper se vuelve entonces:H * Lc= N * iPor consiguiente la magnitud de intensidad de campo magntico en el ncleo, debido a la corriente aplicada es: H = (N * i) / Lc

La densidad de flujo magntico producido en un material est dada, por el producto de dos trminos. Su relacin es la siguiente: B = x HDonde:H: Intensidad de campo magntico: que representa el esfuerzo que ejerce la corriente para establecer un campo magntico. Su unidad es (Amper* vuelta) / metro (A*V/m) : Permeabilidad magntica del material: que representa el esfuerzo que realiza la corriente para establecer un campo magntico en un material dado. Su unidad es Henrio/metro (H/m)B: Densidad de flujo magntico. Su unidad es Weber/metro, Tesla (T)Permeabilidad relativa ():Es la permeabilidad de cualquier otro material comparada con la permeabilidad del espacio libre.

Donde: : Permeabilidad del espacio libre = Para el ncleo de la figura la magnitud de la densidad de flujo es B = H = (N i) / Lc

MAGNETISMO EN CORRIENTE ALTERNA

En lugar de aplicar una corriente continua a los bobinados del ncleo, ahora vamos a aplicar una corriente alterna y observar lo que sucede.En la figura. Esto es bsicamente la curva de saturacin. Sin embargo, cuando la corriente disminuye nuevamente, el flujo sigue una ruta diferente de la seguida cuando la corriente se aument. Cuando la corriente disminuye, el flujo en el ncleo sigue la ruta bcd y luego cuando la corriente aumenta nuevamente, el flujo sigue la ruta deb. Ntese que la cantidad de flujo presente en el ncleo depende no solamente de la cantidad de corriente aplicada a su embobinado, sino tambin de la historia previa del flujo en el ncleo. Esta dependencia de la historia precedente del flujo y la falla resultante para volver sobre el trazo de la trayectoria del flujo se llama histresis. La trayectoria bcdeb trazada en la figura, mientras la corriente aplicada cambia, se llama curva de histresis.Figura: La curva de histresis trazada por el flujo en un ncleo cuando se le aplica la corriente i(t). Ntese que si una fuerza magneto motriz grande se aplica primero al ncleo y luego se elimina, la trayectoria del flujo en el ncleo ser abc. Cuando la fuerza magneto motriz se elimina, el flujo en el ncleo no llega a cero. En lugar de esto, un campo magntico permanece en l. Este campo magntico se denomina flujo remanente en el ncleo.Es precisamente en esta forma como se producen los imanes. Para llevar el flujo hasta cero, una cantidad de fuerza magneto motriz, conocida como la fuerza coercitiva magneto motriz Fc, se debe aplicar al ncleo en la direccin opuesta.

2.1 histresis

Cuando un material ferromagntico, sobre el cual ha estado actuando un campo magntico, cesa la aplicacin de ste, el material no anula completamente su magnetismo, sino que permanece un cierto magnetismo residual.Para desimantarlo ser precisa la aplicacin de un campo contrario al inicial.Este fenmeno se llama HISTERESIS magntica, que quiere decir, inercia o retardo.Los materiales tienen una cierta inercia a cambiar su campo magntico.

La figura representa el llamado CICLO DE HISTERESIS (tambin lazo o bucle de histresis) de un determinado material magntico.Se supone que una bobina crea sobre dicho material magntico una intensidad de campo H, el cual induce en ese material magntico una induccin (valga la redundancia) de valor B.As a una intensidad de campo H0 le corresponder una induccin de valor B0.Si ahora aumenta H (aumentando la corriente que circula por la bobina) hasta un valor H1, B tambin aumentar hasta B1. (Ver figura) Pero si ahora restituimos H a su valor inicial H0, B no vuelve a B0, sino que toma un valor diferente B2. (Obsrvese que el camino "a la ida" es distinto que "a la vuelta" lo que implica que para restituir la induccin en el ncleo a su primitivo valor, es preciso aplicar una corriente suplementaria de signo opuesto).El punto S representa la saturacin del ncleo magntico.

NOTA: Una vez saturado el ncleo B no puede aumentar por mucho que lo haga H.Cada material tiene su propio lazo de histresis caracterstico. Hay veces en que interesa acentuar la histresis, como ocurre en los ncleos de las memorias magnticas, por lo que se fabrican ferritas ciclo como el de la figura siguiente:

Otras veces por el contrario, como ocurre en la mayora de las mquinas elctricas (transformadores, motores, generadores), interesa un ncleo cuyo ciclo de histresis se lo ms estrecho posible (el camino "a la ida" coincida con el camino "a la vuelta") y lo ms alargado posible (difcilmente saturable), como el de la figura siguiente:

Esta pretensin tiene su razn de ser. En efecto:Se invierta una potencia exclusivamente en magnetizar el ncleo, esta potencia no tiene ninguna otra aplicacin prctica, por lo que se puede hablar de potencia perdida en imantacin del ncleo y, efectivamente, se consideran las llamadas perdidas por histresis. Como quiera que stas resultan ser directamente proporcionales al rea del lazo de histresis, interesa pues que esta rea sea lo menor posible.

PROCEDIMIENTO1. Se arma el siguiente circuito.

2. Se regula el conversor AC para que en su salida se obtenga el mnimo voltaje que este entrega.3. Se vara el conversor AC de voltaje de 1 a 120 voltios.

A continuacin se muestra la toma de datos experimentales en laboratorio.

Esta parte es de clculos de otra persona lo tomas como una referencia .ya chichooo

Se llena la siguiente tabla con los datos obtenidos experimentalmente.

V2 (volts)2.39.9220.230.2640.750.5

A (mAmp)509.9115.6821.6129.0237.5

V2 (volts)60.170.8 80 90.2100110.4120.1

A (mAmp)48.665.885.5117.0157.5215.5283.5

4. Con los datos obtenidos se obtiene la siguiente curva.

NOTA La densidad del flujo magntico (B) es proporcional al voltaje de entrada. obtenemos una curva proporcional en intensidad de campo magntico (H) a la curva de magnetizacin debido a que desconocemos los valores de longitud media y numero de espiras.

5. Se obtiene la medicin en frio de los devanados primarios y secundarios de transformador

PRIMARIO 5 SECUNDARIO 1.8

CUESTIONARIO

1. Explique cmo se obtiene experimentalmente la curva de magnetizacin.MEDIANTE METODOS FORMULAS Y DATOS TOMADOS EXPERIMENTALMENTE

Donde : : Intensidad de campo magntico en el vrtice del lazo de histresis (Ampere-vuelta/metro) : Nmero de vueltas del devanado del primario. : Resistencia en serie con el primario (). : Longitud media del anillo ferromagntico (metros). : Voltaje pico-pico horizontal de los vrtices de los lazos visualizados en el Osciloscopio.

Donde: : Induccin magntica en el vrtice del lazo de histresis (tesla). : Voltaje pico-pico vertical de los vrtices de los lazos de histresis visualizados en el Osciloscopio (voltios). : Condensador de carga en el secundario (faradios). : Resistencia de carga del secundario (ohmios). : Nmero de vueltas del enrollado del secundario. : frecuencia angular de la tensin aplicada al primario(ciclo/s). : seccin transversal del anillo ferromagntico .EL RESULTADO ES UN GRAFICO B X H

Curvas de magnetizacin de nueve materiales ferromagnticos diferentes, mostrando el efecto de saturacin. 1.Hoja de acero, 2.Acero al silicio, 3.Acero de crisol, 4.Acero al tungsteno, 5.Acero magntico, 6.Hierro de crisol, 7.Nquel, 8.Cobalto, 9.Magnetita.

2. Para qu sirve la predeterminacin de la curva de magnetizacin.Mediante las curvas podemos obtener indirectamente la relacin entre flujo magntico (B) y intensidad de campo magntico (H) y facilitarnos en el anlisis.3. si la fuente de energa (conversor) fuera de menor potencia que el transformador, se podr realizar la experiencia? Se puede realizar la experiencia pero no se podr visualizar el efecto de curva de magnetizacin.

Conclusin:

En un ncleoferromagnticode untransformador, si se le aplica una excitacin magntica H, surgir una induccin B. Si aumentamos la excitacin magntica progresivamente desde cero (aumentando la intensidad) y se representa la curva de magnetizacin B-H, se observa que la induccin es proporcional a H y que hasta cierto tramo es prcticamente recto. Esto se debe a que lapermeabilidad () es constante y alta (cuanto ms alta es la permeabilidad ms vertical ser la grfica en este tramo).

llegados a cierto puntola grafica deja de ser lineal, o lo que es lo mismo, la permeabilidad () deja de ser constante. a este tramose le denomina codo de saturacin. alcanzado el punto, la grafica vuelve a ser lnea, en dicho tramo el material est completamente saturado. esta saturacin supone que para grandes aumentos de la excitacin no se detectan cambios significativos de la induccin b. en esta zona el material tiene baja permeabilidad (se comporta prcticamente como el aire).

Bibliografa:

stephen J. Chapman, Mquinas Elctricas (2 edicin), McGraw-Hill,1993

http://www.ifent.org/lecciones/cap07/cap07-06.asp

http://es.wikipedia.org/wiki/Transformador

http://es.wikipedia.org/wiki/Saturaci%C3%B3n_(magnetismo)

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