CIRCUITOS MAGNÉTICOS Brito Wilson Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica. Quito, Ecuador [email protected] Abstract— This document has information about Magnetic circuits with features of Ferro-magnetic materials and heir proprieties. It also describes what the hysteresis Curve is and explains why some materials are better than others to carry on magnetic fluxes. TABLA II DATOS RECUPERADOS DEL CANAL 2 DEL OSCILOSCOPIO T -0,050 -0,038 -0,025 -0,013 0,000 0,004 0,016 0,030 0,044 0,050 Index Terms— Hysteresis, Magnetic Circuits, Magnetic Flux. I. INTRODUCTION E este documento se habla sobre las conocidas curvas de histéresis, su importancia y lo que representan para un circuito magnético. Además se explica que tipo de materiales son mejores para circuitos magnéticos y el porqué, basándose en la curva de histéresis. N II. CONTENIDO B(T) 2,400 -22,800 -2,000 23,600 1,600 23,600 -3,600 -20,800 -18,800 1,600 Para el Aire A. Tabulación de datos obtenidos en la Práctica. Para el material No ferromagnético Estos datos no son todos los que se pueden obtener del osciloscopio, pues el mismo nos devuelve 2500, la tabla 1 contiene solo 10 de estos valores. TABLA I DATOS RECUPERADOS DEL CANAL 1 DEL OSCILOSCOPIO T -0,050 -0,038 -0,025 -0,013 0,000 0,004 0,016 0,030 0,044 0,050 H(T) 112,000 -1024,000 -144,000 1008,000 104,000 1008,000 -112,000 -1008,000 -880,000 120,000 TABLA III DATOS RECUPERADOS DEL CANAL 2 DEL OSCILOSCOPIO T H(T) -0,050 2040,000 -0,038 1760,000 -0,025 2120,000 -0,013 1960,000 0,000 2000,000 0,004 1720,000 0,016 2520,000 0,030 2320,000 0,044 0,000 0,050 1960,000 0,050 7,000 Para el material Ferromagnético Degradado TABLA IV DATOS RECUPERADOS DEL CANAL 2 DEL OSCILOSCOPIO T -0,050 -0,038 -0,025 -0,013 0,000 0,004 0,016 0,030 0,044 0,050 B(T) 0,000 0,400 0,000 0,400 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 0,000 Para el material Ferromagnético Degradado TABLA V DATOS RECUPERADOS DEL CANAL 1 DEL OSCILOSCOPIO T -0,050 -0,038 -0,025 -0,013 0,000 0,004 0,016 0,030 0,044 0,050 H(T) 96,000 -448,000 -128,000 432,000 88,000 432,000 32,000 -352,000 -376,000 112,000 TABLA VI DATOS RECUPERADOS DEL CANAL 2 DEL OSCILOSCOPIO T -0,050 -0,038 -0,025 -0,013 0,000 0,004 0,016 0,030 0,044 B(T) 7,000 -44,000 -7,000 45,000 7,000 45,000 -2,000 -38,000 -38,000 TABLA VII DATOS RECUPERADOS DEL CANAL 1 DEL OSCILOSCOPIO T -0,050 -0,038 -0,025 -0,013 0,000 0,004 0,016 0,030 0,044 0,050 H(T) 96,000 -696,000 -88,000 688,000 88,000 688,000 24,000 -520,000 -488,000 96,000 TABLA VIII DATOS RECUPERADOS DEL CANAL 2 DEL OSCILOSCOPIO T -0,050 -0,038 -0,025 -0,013 0,000 0,004 0,016 0,030 0,044 0,050 B(T) 6,000 -66,000 -7,000 67,000 7,000 68,000 -5,000 -57,000 -54,000 6,000 B. Gráficas de la curva de Histéresis. Material No Ferromagnético El material no ferromagnético llega a su punto de saturación en donde su densidad de flujo, es relativamente baja, su Magnetismo remanente es muy bajo, casi cero por lo que su fuerza coersisitva es baja también. Fig. 4. Curva de Histéresis para el material ferromagnético. Fig. 2. Curva de Histéresis para el Aire. Para el Aire El aire, al no ser un material que conduzca el magnetismo no guarda ningún magnetismo remanente. Para el material Ferromagnético Este material, presenta un punto de saturación más alto que el ferromagnético degradado y el no ferromagnético, al estar en buen estado tiene un punto de saturación alto y un magnetismo remanente alto también al igual que su fuerza coercitiva, estos tipos de materiales son los mejores para conducir flujo magnético. C. Indicar con la justificación correspondiente, cuál de las curvas de histéresis presenta mayores pérdidas. Supongamos un circuito magnético, alimentado por una fuente de tensión variable con el tiempo de forma que el flujo magnético varía también sinodalmente, con el tiempo. La energía comunicada por la fuente a la bobina en un tiempo dt será: 𝑣 𝑖 𝑑𝑡 Fig. 3. Curva de Histéresis para el material ferromagnético degradado. Para el Material Ferromagnético Degradado. El material Ferromagnético Degradado, presenta una mejor imantación, pues su magnetismo remanente es considerablemente más alto que el del material no ferromagnético y presenta una fuerza de oposición a la desimantación de igual forma más grande. Esto se debe a que el material puede conducir flujo magnético. Fig. 1. Curva de Histéresis para el material NO Ferromagnético. (1) siendo v e i los valores instantáneos de la tensión e intensidad sobre la bobina. La tensión vendrá dada por: 𝑝𝐻 = 𝑓 𝑆 𝑙 (Á𝑟𝑒𝑎 𝐵𝐻) Por tanto, si se llegase a un punto superior al a de la figura 6, tal como el a’, el área sería mayor y por tanto, mayores las pérdidas. Esto significa que cuanto mayor sea la inducción máxima alcanzada, mayores son las pérdidas magnéticas por histéresis. [1] Por ello, de los materiales anteriores, el que mayores pérdidas representaría, sería el material ferromagnético seguido del material degradado y el no ferromagnético. D. Indicar con la justificación correspondiente, cuál de las curvas de histéresis presenta mayores pérdidas. Fig. 5. Valores de B 𝑣=𝑁 𝑑∅ 𝑑𝑡 = 𝑁𝑆 𝑑𝐵 𝑑𝑡 (2) Así la ecuación uno queda: 𝑣 𝑖 𝑑𝑡 = 𝑁 𝑠 𝑖 𝑑𝐵 (3) Transformadores Motores Relés Contactores Electroimanes Pero teniendo en cuenta que: 𝑁𝑖 = 𝐻𝑙 (4) E. Indicar con la justificación correspondiente, cuál de las curvas de histéresis presenta mayores pérdidas. Los materiales usados comúnmente en la fabricación de materiales eléctricos son: 1. Acero M-5 2. Alnico 5 3. Samario-Cobalto 4. Alnico 8 5. Neodimio-Hierro-Boro. 6. Cerámico 7 [2] Fig. 6. Obtenemos: 𝑣 𝑖 𝑑𝑡 = 𝑆 𝑙 𝐻 𝑑𝐵 (5) Si el campo varía desde B = 0 hasta el punto a, la energía comunicada es el área punteada. Si ahora se disminuye el valor de H, los valores de B no son los de la curva 0-a y la energía devuelta viene dada por la zona rayada de la figura 5; El área punteada (0 a b) representa la energía acumulada en el material por unidad de volumen. Si se obliga al material a seguir un ciclo de histéresis completo como el que se indica en la figura 6, resulta que el área encerrada por el ciclo de histéresis da la energía acumulada en el material por unidad de volumen y por ciclo. Si el material se ve obligado a recorrer f ciclos de histéresis por segundo, la energía por unidad de tiempo (segundo), esto es, la potencia que se disipa en calor, o sea, las pérdidas, vendrán dadas por: F. Investigue y describa el funcionamiento de los transformadores de corriente que trabajan en la zona de saturación Al momento de que un transformador de corriente trabaja en zona de saturación, es decir que la corriente magnetización es muy alta, el núcleo se satura y esto puede producir que haya mayor inducción de voltaje en el secundario y sobrepasar los límites de tensión previamente calculados, debido al alto flujo magnético. Esto hace que: Se reduce la vida útil del transformador El núcleo se sobrecalienta. [2] III. CONCLUSIONES Los materiales ferromagnéticos son mejores para conducir flujos magnéticos, pero de la misma forma, son los que mayores pérdidas pueden tener. Al degradarse un material ferromagnético, sus propiedades conductivas también se degradan. Al no ser un material ferromagnético, el aire no se imanta. IV. RECOMENDACIONES Verificar que las puntas de prueba del osciloscopio estén calibradas antes de realizar la práctica. Asegurarse de no sobrepasar los valores nominales de las bobinas. Verificar que los instrumentos estén correctamente instalados. V. REFERENCIAS [1] «Uco,» [En línea]. Available: http://www.uco.es/grupos/giie/cirweb/teoria/tema_11/tema_11_17.pdf. [2] J. P. S. M. Córcoles Felipe, Transformadores, Universidad Politécnica de Catalunya.
