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UNIVERSIDAD TECNOLOGICA DEL PERU UTP

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

TEMA: OBTENCIÓN DE LA CURVA DE MAGNETIZACIÓN CURSO: LABORATORIO DE MÁQUI. ELÉCTRI. ESTÁTICAS Y

ROTATIVAS

INTEGRANTES:  Adelmo Hernández Hernández  David Armando arroyo Mendoza  Vladimir Francesco Trillo Chávez PROFESOR: Dr. Ing. Agustín Gutiérrez Páucar

LIMA-PERU AÑO-2016 INTRODUCCION

Definición: La curva de magnetización de un material ferromagnético es aquella que representa el magnetismo en el material como función de la fuerza magnetizante.

Estas curvas se obtienes debido a que la permeabilidad de los materiales ferromagnéticos no es constante, entonces, para ilustrar el comportamiento de la permeabilidad de un material ferromagnético se aplica una corriente continua al núcleo que se ilustra en la figura 1, iniciando con 0 A y subiéndola lentamente hasta la máxima corriente permitida. Cuando el flujo producido en el núcleo se pone en contra de la fuerza magnetomotriz que lo produce, el plano resultante luce como la figura 1a. Este tipo gráfico se llama curva de saturación o curva de magnetización.

Figura 1: a) Esquema de una curva de magnetización de cc para un núcleo ferromagnético, expresada en términos de flujo magnético () y fuerza magnetomotriz (F). b) Curva de magnetización expresada en términos de densidad de flujo B e intensidad de magnetización H. c)

Curva de magnetización expresada en términos de enlace de flujo () e intensidad de corriente (i).

OBJETIVOS:

   

Reconocer los devanados primario y secundario del transformador Obtener experimentalmente mediante ensayo de Laboratorio la curva de magnetización Medición en frío de las resistencias de los arrollamientos del transformador Obtención de la Curva B versus H

MATERIALES A UTILIZADOS

1. 2. 3. 4. 5.

01 Fuente variable o conversor AC 0-220V 02 Multímetros digitales (0-10Amperios, 0-750 Voltios AC) 01 Transformador monofásico 150 VA, 220V/115V, 60 Hz 02 Hojas milimetradas Conductores de conexión 6. Pié de Rey o wincha PROCEDIMIENTO: FUNDAMENTO TEÓRICO

Los materiales ferromagnéticos afectan drásticamente las características de los sistemas en los que se los usa. Los materiales ferromagnéticos no son “lineales”. Esto significa que las relaciones entre B y H, no corresponden a líneas rectas. En realidad, lo que ocurre es más complicado e interesante; la relación entre B y H presenta el fenómeno de histéresis. Esto significa que, cuando se somete el material a un ciclo de operación, la magnetización (relación B – H) sigue una curva complicada. En general, se considera que el campo existente es H (pues está directamente relacionado a la corriente). Puede entonces ocurrir que H = 0, y B sea distinto de cero: esto es lo que se conoce corrientemente como un imán. Los materiales ferromagnéticos son el hierro, níquel. Cobalto y algunas aleaciones. Desde el punto de vista tecnológico son muy importantes para aplicaciones en general de energía, motores eléctricos, almacenamiento de información (cintas y discos magnéticos), etc.

Para entender el fenómeno, se considera una muestra del material ferromagnético inicialmente desmagnetizada. Se considera que el parámetro de control experimental es el campo H, pues éste está directamente relacionado a la corriente eléctrica (que por la Ley de Ampere). Si el campo H se incrementa, desde cero, la magnetización del material crecerá monótonamente, describiendo una curva como el de la figura 1.1. Si se define µ = B/H, el valor de µ sería una función de H con un rango de variación de varios órdenes de magnitud. Se observa, en primer lugar la existencia de una saturación, esto es, que si el campo H alcanza un valor suficientemente elevado, la magnetización B alcanza un valor máximo, que depende del material. Este resultado experimental puede entenderse simplemente, pues significa que en una muestra saturada todos los dipolos magnéticos elementales se han alineado con el campo H. Figura 1.1: Curva de magnetización y permeabilidad magnética del hierro (Material H-23)

Imagínese ahora la muestra ya magnetizada, y en presencia del campo H. Si ahora se disminuye H, la relación B – H no describe la curva inicial de la figura anterior 1.1, sino que regresa por una nueva curva, como la de la figura 1.2 siguiente, llegando hasta el punto donde la densidad de flujo es máxima, en el que H = 0, pero B≠0. Si ahora se continúa aumentando H en sentido inverso al original, la

muestra adquiere una magnetización invertida, en el B = 0, pero H ≠ 0. Si ahora se hace aumentar H, entones B regresa por las parte inferior de la curva B – H. Se observa que la curva H creciente es distinta a aquella para H decreciente. Este fenómeno se denomina histéresis, y la figura 1.2 es la llamada curva de histéresis del material.

Figura 1.2.: Curva de histéresis para un material ferromagnético

CIRCUITO A IMPLEMENTAR

PROCEDIMIENTO:

1.- Armar el circuito mostrado de la figura anterior 2.- Regular el voltaje de salida del conversor AC, para que en su salida se obtenga el mínimo voltaje que éste entrega 3.- Variar el voltaje de salida en el conversor AC de 20 en 20 voltios desde 0 voltios.

4.- Llenar la siguiente tabla de datos

5.- Con los datos obtenidos dibujar la curva de magnetización en la hoja milimetrada o usar el Excel para introducir dichos datos de V vs I. 6.- Teniendo en cuenta las dimensiones del núcleo del transformador y asumiendo un número de vueltas en el devanado primario de 250 espiras, frecuencia 60 Hz, llenar la siguiente tabla considerando la tensión aplicada igual que en la tabla anterior 7.- Con los datos obtenidos, dibujar la curva de magnetización en la hoja milimetrada o usando el Excel obtener dicha curva característica. B (Wb/m2 ) V 0 1

(V) H (A/m) V 2

20

40

60

80

10 0

12 0

14 0

16 0

18 0

20 0

22 0

(V) µ(Hr/m ) A (m A)

RESULTADOS Y CONCLUSIONES 1. Explique Usted como se obtiene experimentalmente la curva de magnetización.

Donde:  Intensidad de campo magnético en el vértice del lazo de histéresis (Ampere-vuelta/metro)  Número de vueltas del devanado del primario.  Resistencia en serie con el primario.  Longitud media del anillo ferromagnético (metros).  Voltaje pico-pico horizontal de los vértices de los lazos visualizados en el Osciloscopio. Donde: Inducción magnética en el vértice del lazo de histéresis (tesla). Voltaje pico-pico vertical de los vértices de los lazos de histéresis visualizados en el Osciloscopio (voltios). Condensador de carga en el secundario (faradios).

Resistencia de carga del secundario (ohmios). Número de vueltas del enrollado del secundario. frecuencia angular de la tensión aplicada al primario (ciclo/s). sección transversal del anillo ferromagnético

OBTENCION DE LA CURVA DE MAGNETIZACION

Curvas de magnetización de nueve materiales ferromagnéticos diferentes, mostrando el efecto desaturación. 1. Hoja de acero 2. Acero al silicio 3. Acero de crisol 4. Acero al tungsteno 5. Acero magnético 6. Hierro de crisol 7. Níquel 8. Cobalto 9. Magnetita. 2. Para qué sirve la predeterminación de la curva de magnetización?

Mediante las curvas podemos obtener indirectamente la relación entre flujo magnético (B) e intensidad de campo magnético (H) y facilitarnos en el análisis. 3. ¿Si la fuente de energía (conversor) fuera de menor potencia que el transformador, se podrá realizar la experiencia?

4.de realizar Se sepuede la elcurva experiencia no podrá pero visualizar efecto de 5. magnetización.

Se puede realizar la experiencia pero no visualizar el efecto de curva de magnetización.

se

podrá

CONCLUSIONES  En un núcleo ferromagnético de un transformador, si se le aplica una excitación magnética H, surgirá una inducción B. Si aumentamos la excitación magnética progresivamente desde cero (aumentando la intensidad) y se representa la curva de magnetización B-H, se observa que la inducción es proporcional a H y que hasta cierto tramo es prácticamente recto. Esto se

debe a que la permeabilidad () es constante y alta (cuanto más alta es la permeabilidad más vertical será la gráfica en este tramo).  Llegados a cierto punto la gráfica deja de ser lineal, o lo que es lo mismo, la permeabilidad () deja de ser constante. A este tramo se le denomina codo de saturación. Alcanzado el punto, la gráfica vuelve a ser línea, en dicho tramo el material está completamente saturado. Esta saturación supone que para grandes aumentos de la excitación no se detectan cambios significativos de la inducción B. En esta zona el material tiene baja permeabilidad (se comporta prácticamente como el aire)  Logramos obtener la curva de magnetización y las relaciones de transformación en base al procedimiento seguido en clase

OBSERVACIONES 

se comprobó las relaciones de transformación con ayuda del Excel para obtener el gráfico.



Para realizar el experimento primero debemos ver en el transformador tanto en la entrada y salida de voltaje Las pruebas de ensayo se deben realizar en grupo para obtener los resultados correctos.



RECOMENDACIONES  Decíamos que los materiales ferromagnéticos se usan para aumentar el flujo magnético de un circuito de corriente y como imanes permanentes y según nuestros resultados, para ambas aplicaciones es mejor el plateado.  El núcleo plateado es mucho mejor para aumentar el flujo magnético de un circuito de corriente y se debe a que la permeabilidad del núcleo plateado es mucho mayor, para un mismo H, que la del núcleo azul.  Estas son las aplicaciones más comunes, y sirven como ejemplo de utilidad del estudio, pero no son las únicas. Pero lo importante del estudio es que conociendo su histéresis, puedes deducir que material, en su interés como ferromagnético, va a servirnos mejor para realizar una tarea dada.