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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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.
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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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.
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