MÁQUINAS ELÉCTRICAS LABORATORIO No. 1 Ciclo de

MÁQUINAS ELÉCTRICAS
LABORATORIO No. 1
Nivel:
Facultad de Estudios Tecnológicos.
Departamento:
Eléctrica.
Materia:
Maquinas Eléctricas I.
Docente de Laboratorio:
Lugar de Ejecución:
Tiempo de Ejecución:
Guía de Laboratorio No. 1.
TITULO: “CICLO DE HISTÉRESIS”.
I. OBJETIVOS
•
•
Visualizar la característica de magnetización de los materiales ferromagnéticos
(saturación e histéresis).
Observar y analizar los niveles de retentividad, fuerza coercitiva, energía perdida,
saturación e histéresis de varios materiales ferromagnéticos.
II. INTRODUCCIÓN
Materiales Ferromagnéticos.
Los materiales ferromagnéticos, compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto,
tungsteno, níquel, aluminio y otros metales, son los materiales magnéticos más comunes y
se utilizan para el diseño y constitución de núcleos de los transformadores y maquinas
eléctricas. Los materiales ferromagnéticos poseen las siguientes propiedades y
características que se detallan a continuación:
o Aparece una gran inducción magnética al aplicarle un campo magnético.
o Permiten concentrar con facilidad líneas de campo magnético, acumulando densidad
de flujo magnético elevado.
o Se utilizan estos materiales para delimitar y dirigir a los campos magnéticos en
trayectorias bien definidas.
o Permite que las maquinas eléctricas tengan volúmenes razonables y costos menos
excesivos.
Características de los materiales ferromagnéticos.
 Pueden imantarse mucho más fácilmente que los demás materiales.
 Tienen una inducción magnética máxima (Bmax) muy elevada.
 Se imantan con una facilidad muy diferente según sea el valor del campo magnético.
 Un aumento del campo magnético les origina una variación de flujo diferente de la
variación que originaria una disminución igual de campo magnético.
 Conservan la imanación cuando se suprime el campo.
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Ciclo de Histéresis
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Tienden a oponerse a la inversión del sentido de la imanación una vez imantados.
Curva de Histéresis.
La trayectoria “bcdeb “trazada en la Figura 1.1, mientras la corriente aplicada cambia, se
llama curva de histéresis.
Figura 1.1: “La curva de Histéresis trazada por el flujo en un núcleo cuando se le aplica la
corriente”.
¿Por qué ocurre la histéresis?.
Para entender el comportamiento de los materiales ferromagnéticos es necesario conocer
algo relativo a su estructura. Los átomos de hierro y de metales similares (cobalto, níquel y
algunas de sus aleaciones) tienden a tener sus campos magnéticos estrechamente alineados
entre sí. Dentro del metal hay pequeñas regiones llamadas dominios. En cada dominio los
átomos están alineados con sus campos magnéticos señalando en la misma dirección, de tal
manera que cada dominio dentro del material actúa como un pequeño imán permanente. La
razón por la cual un bloque entero de hierro puede parecer sin flujo es que estos numerosos
y diminutos dominios se orientan desordenadamente dentro del material.
Cuando a este bloque de hierro se le aplica un campo magnético externo, produce dominios
que señalan la dirección del campo y que crecen a expensas de dominios que señalan otras
direcciones. Los dominios que señalan la dirección del campo magnético crecen puesto que
los átomos en sus límites cambian físicamente su orientación para alinearse con el campo
magnético. Los átomos extras alineados con el campo aumentan el flujo magnético en el
hierro, que a su vez causa el cambio de orientación de otros átomos, aumentando en
consecuencia la fuerza del campo magnético. Este efecto positivo de retroalimentación, es lo
que causa que el hierro tenga una permeabilidad mucho mayor que la del aire.
III. MATERIALES Y EQUIPO
No.
1
2
3
4
5
6
7
Descripción
Osciloscopio de 2 trazos
Generador de funciones
Transformadores de diferentes tipos de núcleo.
Resistencia 10 Ω / ½ w
Resistencia 15k Ω / ½ W (o 22kΩ )
Capacitor de 2.2 µF/ 63 V (o 2µ F)
Capacitor de 470 µF (Electrolítico mayor de 40 V en corriente
alterna)
Cantidad
1
1
5
1
1
1
Código
_
S0-5127-2R
_
_
_
_
1
_
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Fuente bipolar para alimentación del generador
1
S0-7007-5E
IV. PROCEDIMIENTO
Paso 1. Verifique que en su mesa de trabajo se encuentren completo lo descrito en la parte
de Materiales y Equipo.
Paso 2. Identifique cada una de las partes del generador de funciones proporcionado.
Paso 3. Implemente el circuito mostrado en la Figura 1.2.
Figura 1.2: “Conexión del circuito análisis de materiales ferromagnéticos”.
Paso 4. Asegúrese de conectar el circuito según las polaridades indicadas.
Paso 5. Conecte la salida V3(t) al Canal 1.
Paso 6. Conecte la salida V4(t) al Canal 2.
Paso 7. Ajuste el generador de funciones a 200 Hz senoidales y a 0.5 del rango máximo del
nivel de salida. Utilice la terminal de salida señalizado: 0…20 VSS.
Paso 8. Regule la ganancia del Canal 1 del osciloscopio a 50 mV / div y la del Canal 2 a 1V /
div.
Paso 9. Presione el botón x-y para que el
osciloscopio despliegue en pantalla las variables
respectivas según un sistema de ejes x-y.
Paso 10. Energice el circuito y dibuje, a escala,
las curvas características de magnetización para
cada uno de los núcleos de los diferentes
materiales. Para ello compruebe inicialmente
que el punto brillante del osciloscopio este
perfectamente centrado.
Paso 11. Dibuje un Ciclo de Histéresis para el
Dínamo.
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Figura 1.3: “Curva de Histéresis del Dínamo”.
Paso 12. Reajuste la curva desplegada, utilizando los controles del osciloscopio hasta
obtener una escala adecuada.
Paso 13. Dibuje un Ciclo de Histéresis para la Ferrita. Para realizar el cambio de
transformador bajo prueba desenergice el generador; conservando las escalas de los canales
del osciloscopio dadas en el Paso 8.
Figura 1.4: “Curva de Histéresis de la Ferrita”.
Paso 14. Dibuje un Ciclo de Histéresis para el Hierro Pulverizado.
Figura 1.5: “Curva de Histéresis del Hierro Pulverizado”.
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Paso 15. Dibuje un Ciclo de Histéresis para el Metal Mu.
Figura 1.6: “Curva de Histéresis del Metal Mu”.
Paso 16. Dibuje un Ciclo de Histéresis para el Hierro para transformador.
Figura 1.7: “Ciclo de Histéresis del Hierro para Transformador”.
NOTA: para el análisis considere que la escala horizontal es directamente proporcional a la
fem y la escala vertical es proporcional a la densidad de flujo B.
V. DISCUSIÓN DE RESULTADOS
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1. Por medio del escalamiento adecuado de los ejes o a través de una comparación
entre los diferentes materiales, encuentre los valores de:
• Retentividad.
• Fuerza Coercitiva.
• Energía Perdida.
• Saturación.
VI. INVESTIGACIÓN COMPLEMENTARIA
1) ¿Cuál es la clasificación más común que se hace de los materiales magnéticos?.
2) Investigue el concepto de permeabilidad y permeabilidad relativa de un material
magnético.
3) ¿Cuál de los materiales analizados en la práctica posee una mayor densidad de flujo
residual y cual presenta una mayor remanencia?.
4) Investigue las características de 3 tipos de materiales paramagnéticos y exponga las
diferencias con los analizados en el laboratorio.
VII. BIBLIOGRAFÍA
 Jhonk , Carl T. “Ingeniería Electromagnética, Campos y Ondas”. Limusa. Noriega


México, 1993.
Edminister, Joseph A. “Electromagnetismo”. Schaum-Mcgrawhill.
Hayt, William: Teoría Electromagnética. Mc-GrawHill, México 1997.
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