Comportamiento magnético de los materiales ferromagnéticos

ENSAYO Nº 03
COMPORTAMIENTO MAGNETICO DE LOS MATERIALES FERROMAGNETICOS
• OBJETIVOS.
♦ Estudiar las propiedades magnéticas de la materiales ferromagnéticos.
♦ Verificación de la forma de onda de corriente de magnetización (corriente de vacio).
• MATERIAL UTILIZADO.
♦ 01 Autotransformador de 0 − 260 V.
♦ 01 Transformador de 1 KVA, 220/110 V.
♦ 01 Voltímetro de 0 − 750 V.
♦ 01 Amperímetro de 0 − 10 A.
♦ 02 Resistencias de 15 y 60 K.
♦ 01 Osciloscopio de precisión.
♦ 01 Condensador de 20 F − 250 V.
♦ 01 Multímetro Sanwa.
♦ Conductores y conectores.
• RESUMEN TEÓRICO.
MATERIALES FERROMAGNÉCTICOS.
Las propiedades de los materiales magnéticos se explican a través del momento magnético atómico que
poseen las cargas en el movimiento de su orbita y de los espines.
Los materiales ferromagnéticos esta compuesto de hierro aleado con cobalto, tungsteno, níquel, aluminio y
otros metales tratados o no térmicamente y cierto porcentaje de silicio. La finalidad de uso de núcleos
ferromagnéticos son: obtener altas densidades con bajas fmm y delimitar o dirigir a los campos en trayectorias
bien definidas.
CARACTERISITICAS BH DE LOS MATERIALES FERROMAGNÉTICOS.
• Densidad de Flujo remanente (Br), si se magnetiza el material de hierro desde O, esta se incrementa
hasta llegar a un punto cercano a la saturación; pero cuando se reduce a cero la H, el núcleo no retorna
totalmente la energía que ha sido aplicada, es decir retiene cierta densidad residual.
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• Fuerza Coercitiva (Hc), para reducir el magnetismo remanente (Br tiende a 0) a cero es necesario
aplicar fuerza de magnetización inversa, conocida como fuerza coercitiva.
• Lazo de histéresis, cuando llega a cero (B=0) y con el incremento de la fuerza de magnetización, se
incrementa B rápidamente en sentido negativo a la densidad máxima. Si nuevamente se elimina la Br
negativa y se incrementa la fuerza en sentido positivo se cierra la característica BH, formando un lazo
(o ciclo) llamado lazo de Histéresis. La histéresis se refiere a un atraso de B respecto a H.
• Curva de Magnetización de dc o normal, La excitación cíclica de amplitudes menores de B y H; se
exhibe lazos menores de Histéresis, la unión de los puntos vértices máximos, obtiene una curva
conocida como la curva de magnetización del material, muy utilizado para los cálculos de ingeniería
de diseño de maquinas elèctricas.
• La permeabilidad diferencial (d) del material, es la relación de B y H que varía con las
variaciones de los puntos B y H.
• Materiales ferromagnéticos suaves y duros, son los materiales que tienen bajo valor de Hc y su
magnetización es fácil. En cambio cuando tiene un valor alto de Hc su magnetización es dura. Existen
métodos de aleaciones para obtener materiales ferromagnéticos propiedades magnéticas mejoradas.
EXCITACIÓN DE ESTRUCTRAS FERROMAGNÉTICAS CON CA.
Los materiales ferromagnéticos usados en el diseño de transformadores maquinas eléctricas de C.A. son los
conocidos como blandos que tengan alta permeabilidad y baja coercitividad con la finalidad de obtener
pérdidas moderadas debido al proceso de magnetización de esta estructura con corriente de excitación de C.A.
Estas pérdidas en el hierro son debido al fenómeno de la histéresis y a las corrientes parásitas de eddy
inducidas en el núcleo.
PÉRDIDAS POR HISTÉRESIS.
Las pérdidas referidas a la histéresis son por el movimiento de los dominios durante los ciclos de
magnetización y fue deducido por Steinmetz, y se puede analizar de la siguiente expresión:
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De la ecuación
representa el área del lazo de Histéresis.
Si la expresión es periódica a una razón de f por segundos, las pérdidas se pueden expresar en forma práctica
por la formula de Steinmetz.
n = (1.5 − 2.5) − exponente de Steinmetz)
Kh = cosntante de Steinmetz que dependen del material ferromagnético.
PÉRDIDAS POR CORRIENTES PARÁSITAS (DE EDDY).
Cuando el núcleo se expone a campos magnéticos variables en el tiempo, se induce voltajes C.A. y al mismo
tiempo corrientes conocidas como las corrientes de Eddy, llamadas también corrientes parásitas o corrientes
de remolino, se producen como efecto de la inducción electromagnética.
Forma de la corriente de excitación de un bobinado con núcleo de hierro.
• PROCEDIMIENTO EXPERIMENTAL.
• Montar el circuito de la figura Nº 01
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• Utilizar el osciloscopio en la configuración de barrido horizontal externo.
• Ajuste la ganancia horizontal y vertical adecuadamente.
• Varié la tensión de salida de la fuente a 30, 60, 90 y 110 volt.
• Medir los voltajes en las entradas vertical y horizontal del osciloscopio con el multimetro.
• Tomar los datos del amperímetro y voltímetro instalados.
• CUESTIONARIO.
• Explique: ¿Qué son las pérdidas por Histéresis?
• Justifique los aspectos de las formas de onda de la corriente de vació encontradas.
• Trazar las curva V − I, justifique la tendencia del gráfico.
• Realice un bosquejo de la figura con los voltajes de las entradas vertical y horizontal, en papel
milimetrado para cada caso y discuta sus resultados en forma resumida.
• Plantee si es posible un método para calcular las pérdidas de Foucault que se originan en el núcleo.
• Explique Ud. ¿Cómo y porque se logra obtener el Ciclo de Histéresis en la pantalla del osciloscopio?,
¿Qué principio se utiliza para lograrlo?
• Realice las conclusiones, observaciones y sugerencias respectivas.
• BIBLIOGRAFÍA.
♦ STEPHEN J. CHAPMAN Máquinas Eléctricas.
♦ IRVING L. KOSOW Máquinas Eléctricas y Transformadores.
♦ IRVING L. KOSOW Máquinas Eléctricas y Transformadores.
♦ ENRIQUE RAS OLIVA Transformadores.
UNIVERSIDAD NACIONAL DEL ALTIPLANO
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERÌA MECANICA ELECTRICA
LABORATORIO DE MAQUINAS ELECTRICAS I
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EPIME − FIMEES − 2007
JMRC
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