Ferromagnetismo y Reactor de Nucleo

7/31/2019 Ferromagnetismo y Reactor de Nucleo

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FerromagnetismoAnlisis de los efectos del campo

magntico en mquinas con ncleos de

materiales isotrpicos no lineales

Aplicacin Prctica

Reactor de Ncleo


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Principios Fundamentales

Las sustancias isotrpicas presentansiempre el mismo comportamiento

uniforme independientemente de la

direccin de las cantidades vectoriales

conmensurables.

No-Linealidad, implica que la relacinentre dos variables no se puede

representar con la ecuacin de una

recta


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Histresis (Sir James Alfred Ewing)


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Aleaciones de Hierro-Silicio

Los materiales magnticos usados antes de 1900 no tenan Dopaje de silicio y por lo tanto al

ser utilizados en mquinas elctricas, provocaban muchas prdidas en el ncleo.

Al incluirse un 3% a 4% de silicio, se lograron los siguientes efectos benficos:

Aumento de la resistividad elctrica del acero y por lo tanto reduce las perdidas por

corrientes parsitas.

El silicio disminuye la magnetoasintropa (trabajo que se requiere para rotar un dipolo

magntico), incrementando la permeabilidad y disminuye las prdidas por histresis.

Disminuye la magnetoestriccin (cambio en las dimensiones de un cuerpo producto de la

magnetizacin), reduciendo las perdidas por histresis y elminando el zumbido en lostransformadores.

En 1940 el proceso de fabricacin utilizando grano orientado (cambios en la temperatura

durante la fabricacin) permiti reducir an ms las prdidas.


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Permalloy


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Consideraciones sobre las

distorciones producidas por histresis A diferentes valores de campo magntico, el comportamiento de la FMM que se produceen el ncleo producto de la FEM de la fuente ese distorsiona dado el efecto de la histresis,

por tanto la FEM producida en el otro extremo poseer la misma distorsin.


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EMF1

MMF

EMF2


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Como se muestra en las figuras, estas ondas no son senoidales y poseen valores

superpuestos de armnicas de alta frecuencia, llegan a su valor mximo al mismo tiempo

que el magnetismo que es 90 grados delante de la FEM inducida y 90 grados atrs de la FEMde la fuente, pero esta pasa por cero ms adelante que la MMF.


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EMF1

MMF

EMF2


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Como se muestra en las figuras, estas ondas no son senoidales y poseen valores

superpuestos de armnicas de alta frecuencia, llegan a su valor mximo al mismo tiempo

que el magnetismo que es 90 grados delante de la FEM inducida y 90 grados atrs de la FEMde la fuente, pero esta pasa por cero ms adelante que la MMF.

El carcter general de estas ondas de corriente es que el punto mximo de la onda de de

MMF coincide en el tiempo con el mximo de la onda de la EMF, pero la corriente sobresale

en la subida y ahuecada en la bajada, y este efecto se acrecienta con el aumento de B.

El efecto tal como se muestra en las figuras solo se puede observar en circuitos magnticos

cerrados que no tienen salida de energa, cuando se conecta una carga a la FEM inducida la

distorsin disminuye, pero si el flujo magntico de la induccin mutua alcanza la saturacin

esta distorsin aparece de nuevo.


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Prdidas

Magnetizacin

Histereometro de

Blondel-Carpenter

Steinmetz desarrollo una tcnicapara aproximar las perdidas

utilizando una tabla de constantes

de acuerdo al material que se

estaba utilizando.

Clculo de Prdidas por Histresis


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La energa perdida producto del ciclo

de histresis se obtienen de integrar el

rea de la curva y se obtiene un valor

en joule*m3/ciclo

Porqu se dan prdidas de energa en el ciclo de histresis?

Volumen

Energa

MagnticaSolamente aplica para

materiales isotrpicos

Mtodos experimentales


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Energa

Magntica

en

joule*m3/cicl

oPuede simplificarse

conociendo las

propiedades del material

en cuestin

Coeficiente de Histresis

Exponente de

Steinmetz

Representa la energa

magntica en un periodo,entonces se divide entre el

periodo y como se sabe

1/T = f

Mtodo de Steinmetz


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A una frecuenciafdeterminada y

en un Volumen V, las prdidas se

pueden representar como:

Para efectos prcticos, cabe recordar que B es funcin

del nmero de vueltas y que esto afecta el

comportamiento de las prdidas, tal como lo

determino Steinmetz en las siguientes curvas.

OJO: B se expresa en lneas/cm2dado que la unidad Tesla se inventhasta 1960 y el estudio de Steinmetz

fue en 1900.

1 Tesla = 10 000 lneas/cm2


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Coercitividad

Flujo residual

Clculo Experimental dePrdidas

Caracterizacin de la curva de histresis

Caracterizacin de la curva de r

R C1


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Interpretacin de las curvasCoercitividad

Flujo residual

Prdidas

Fc B aparente

H aparente


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Realizar un "barrido" de voltajes con la fuente AC variable de 208V (conectando lasterminales linea 1 y linea 2 por ejemplo) y para cada variacin del voltaje de

entrada completar una tabla con los valores de las seales Vxx y Vyy. Cumpla con la

disposicin de no exceder la tensin nominal en un 50%. Con los datos obtenidos construir

una grfica de la seal Vyy en funcin de la seal Vxx. La grfica corresponder a la curva de

magnetizacin del material una vez aplicados los factores de escala a cada seal.

En la grfica obtenida en el punto interior, observe si el punto inicial de la curva est asociado

a densidad de flujo magntico cero. Si esto no es as explique porqu sucede esto.

Con los datos obtenidos del barrido construya tambin la curva de permeabilidad del

material, aproxmela y dervela para encontrar la funcin de la Permeabilidad magntica del

material en funcin del campo aplicado.

Analice tambin el contenido armnico de la onda de salida para ver como cambia el THD

respecto al campo B aplicado, grafique los resultados.

Otros procedimientos durante laprctica


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Obtener los datos para

construir la siguiente curva.

Obtener los datos para comparar el

mtodo aproximado de Steinmetzcon los datos de la curva obtenida.

Calcular la funcin de r para

para el material del flexiformerutilizando

Se pretende:


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Reactor de Ncleo de Acero

El uso de reactores de ncleo, tiene como fin aprovechar sus

caractersticas electromagntica para que consuman energa

reactiva.

33 kV de 5 MVAR


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Recordar que la reluctancia de un circuito magntico se puede relacionar con los

valores de conductancia del equivalente del ncleo, en este caso la rama en

derivacin del equivalente del reactor nos dar una medida de la reluctancia del

mismo. Dicho anlisis escapa de los objetivos del laboratorio.


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Circuito equivalente de un reactor

Rw DC

gc

bm

Recordar quese debe incluir

el factor del

efecto piel

Compuesto por la

conductancia de la

histresis como de las

corriente de Eddy

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