UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTINFACULTAD DE PROCESOS Y SERVICIOS

ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA ELECTRICACURSO: LAB. MAQUINAS ELECTRICAS

GUIA DE LABORATORIO N: 03

EL CICLO DE HISTERESIS EN EL REACTOR CON NÚCLEO DE HIERRO

1.- OBJETIVO:

Determinación de la curva de magnetización del material ferromagnético y las pérdidas en el material ferromagnético del núcleo.Observación del lazo de histéresis de diversos reactores de diferentes características.

2.- FUNDAMENTO TEORICO:

En una máquina eléctrica, son los componentes que permiten la concentración de las líneas de campo magnético que se producen en las bobinas y facilitando la transferencia de potencia de un circuito a otro. El tipo de fundición determina la calidad del acero laminado o fundido y enriquecido con silicio para formar las distintas clases de chapas, que son exclusivamente empleados en máquinas eléctricas.

El punto de vista básico para elegir el material depende del tipo de flujo, si va a ser constante o variable. Si el valor del flujo en una determinada parte se mantiene constante en magnitud y sentido, no se originan perdidas en el hierro de dicha parte, por lo que podrán ser utilizados núcleos macizos formados de una pieza y construidos de acero moldeado, fundición o similares. Si el flujo en una parte del circuito magnético ha de ser variable, dará lugar a perdidas en el hierro de esa parte, por lo que en tal caso es preciso recurrir al empleo de chapas magnéticas.

Clasificación de las chapas

Desde el punto de vista de su composición y características, se clasifican las chapas magnéticas en ordinarias, superiores y extra superiores.

1. Chapas Ordinarias: Valor de pérdidas totales 3,6 W/kg. Su permeabilidad es muy buena, pero debido a sus elevadas pérdidas son poco empleadas.

2. Chapas Superiores: Valor de pérdidas totales 2,6 W/kg. Es la más empleada en la construcción de maquinas rotativas, menor perdida que las ordinarias y su permeabilidad es inferior.

3. Chapas Extra superiores: Valor de pérdidas totales 1,6 W/kg. Son exclusivamente empleadas en transformadores de grano orientado y son muy frágiles, en maquinas rotativas no son usadas porque se romperían con facilidad. Su permeabilidad está muy próxima a la de las ordinarias.

Perdidas en el hierro

La variación del flujo en una determinada parte del circuito magnético puede resultar por cualquiera de los motivos siguientes:

Porque el flujo es alterno.

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Porque aun conservando el flujo un valor constante, presenta un movimiento relativo respecto a la parte considerada del circuito magnético. Ese movimiento relativo puede resultar de un desplazamiento del flujo, permaneciendo fija la parte que se considera del circuito magnético o por un desplazamiento de dicha parte, conservándose fija la dirección del flujo.

Para reducir la potencia que se pierde por efecto de la histéresis se emplean chapas magnéticas sometidas a un adecuado proceso de recocido.

Para reducir la pérdida de potencia por corrientes parasitas o de Foucault es conveniente que las partes del circuito magnético, recorridas por un flujo variable, estén constituidos por un cierto número de chapas de hierro de poco espesor (0.5 mm en las maquinas rotativas y 0.35 mm en los transformadores), convenientemente aisladas entre sí por medio del propio oxido de las chapas, papel o barniz aislante.

Al efectuar el montaje del núcleo magnético, es imprescindible de las chapas de manera que queden en planos paralelos a la dirección del flujo o en planos perpendiculares al eje del rotor cuando se trate de maquinas rotativas.

3.- ELEMENTOS A UTILIZAR:

1 Transformadores de , ,

1 Autotransformador monofásico .

1 Resistencia cursor de

1 Reóstato de .

2 Condensadores de

1 Amperímetro de C.A. 1 Voltímetro de C.A.

1 Vatímetro de

1 Puente de Wheastone 1 Osciloscopio

4.- ACTIVIDADES

a) Ensayo de las características de excitación. Tomar el bobinado de B.T. (110V) y armar el circuito de la figura 1, después de verificar las conexiones del circuito energizar, utilizando un autotransformador, incrementar la tensión de alimentación desde 0V hasta 120% de la tensión nominal, tomando 10 juegos de valores de tensión, corriente y potencia que serán tabulados.Después de desenergizado el circuito medir la resistencia del bobinado con el puente de Wheastone.

Se uso un trasnformador de 500VA, cuya resistencia medida con el puente Kelvin o Megometro fue deR=1.65Ω

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Figura 1

Tabla 1N° Tensión (v) Corriente (mA) Potencia (W)1 10 72 0.3012 20 88 1.0403 30 102 2.0984 40 114 3.2825 50 128 4.6606 60 142 6.3807 70 158 8.1808 80 182 10.539 90 212 12.90

10 100 260 16.1411 110 350 20.2512 120 500 27.7013 130 680 36.714 140 920 50.1

15 150 1150 65.9

En la tabla 1, se midio la potencia con una pinza debido a que los valores son pequeños y no podrían ser detectatos con una watimetro analógico.

b) Observación del lazo de histéresis: Armar el circuito de la figura 2, hacer variar la tensión de salida del autotransformador de 20, 40, 60, 80,100 y 120% de la tensión nominal. Observar como varia la forma de la figura en el osciloscopio.

c) Tamaño y forma del lazo de histéresis de diversos reactores: Con el circuito de la figura 1 y solo cambiando el transformador a uno de diferente potencia previamente ensayado, repetir el procedimiento del paso 4.1, de diferentes (tamaños y materiales del núcleo). Observar, dibujar y comparar los diferentes valores obtenidos para cada reactor.

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Figura 2

5.- CUESTIONARIO:

1. Tabular los valores registrados en la experiencia y calcular el factor de potencia para cada caso.

transformador de 500 VA

Tabla N°2

Tensión (v) Corriente (mA) Potencia (W)

Cos(𝜙) Φ(° )

10 33.98 0.181 0.533 57.79120 45.75 0.560 0.612 52.26630 56.21 1.166 0.691 46.29140 67.67 2.000 0.739 42.35450 78.70 2.880 0.732 42.946

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60 91.50 3.960 0.721 43.86370 112.0 5.140 0.656 49.00480 140.0 6.750 0.603 52.91590 173.0 8.550 0.549 56.701

100 223.0 10.60 0.475 61.641110 291.0 13.02 0.407 65.983120 382.0 15.90 0.347 69.696130 500.0 19.06 0.293 72.962140 640.0 23.00 0.257 75.108150 1150 65.9 0.382 67.542

2. Trazar las curvas V vs I; W vs I. explicar sus tendencias y cual es el significado de cada una de ellas

Transformador de 500 VA

Figura 3

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Vemos de la figura 3 que a medida que la corriente aumenta el voltaje aumenta de manera exponencial,también notamos que la zona de saturación que va de los 110 V para arriba se da corrientes elevadas.

-existen calidades de nucleos magneticos y su comportamiento es distinto ya que varian las intensidades de magnetización.La corriente de magnetización es la causante de la aparición de los errores de precisión.

La densidad de flujo en el nucleo magnetico varia directamente con la intensidad que circula por su devanado secundario y la cantidad de flujo que admite es limitado.Existe ,por lo tanto , un flujo máximo a partir del cual un nucleo magnetico se satura.Este punto es empleado en la definición del error de un trasnformador de intensidad y se denomina ,punto de codo,

-el punto de codo es el valor de tensión a partir del cual un incremento de tensión de un 10% provoca un aumento de la intensidad de magnetización de un 50%.

-Estos puntos de codo varian si el transformador es destinado a protección o si es destinado a medida,estas diferencias son debidas a que un nucleo con baja saturación a intensidades elevadas tiene un menor error de precisión a dichas intensidades bajas porque necesita mas intensidad de magnetización para mantener el nucleo excitado

Figura 4De la figura 4 podemos concluir que a medida que el transformador se sature (tensión>110V) , el transformador consumira mas corriente y por consiguiente mas potencia con el respectivo calentamiento del mismo y con los posteriores daños al aislamiento del trasnformador.

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3. ¿Qué es el circuito equivalente de una maquina electrica? Y ¿En qué le es equivalente?

Las pérdidas que ocurren en los transformadores reales tienen que explicarse en cualquier modelo fiable de comportamiento de transformadores.

Es posible construir un circuito equivalente que tenga en cuenta todas las imperfecciones principales de los transformadores reales. Cada imperfección principal se considera a su turno y su efecto se incluye en el modelo del transformador.

Aunque es posible construir un modelo exacto de un transformador, no es de mucha utilidad. Para analizar circuitos prácticos que contengan transformadores, normalmente es necesario convertir el circuito entero en un circuito equivalente, con un nivel de tensión único

. Por tanto, el circuito equivalente se debe referir, bien a su lado primario o bien al secundario en la solución de problemas. La figura es el circuito equivalente del transformador referido a su lado primario.

.

4. Por qué el área y la forma del lazo de histéresis de los reactores son diferentes para una misma tensión aplicada? Describir la variación del lazo de histéresis con la tensión aplicada.

-Debido a que cada trasnformador esta diseñado con diferentes concentraciones de los materiales que se emplearon en este, no todos los transformadores son diseñados en las mismas condiciones.

-También es debido a que si el trasnformador es destinado a protección o a medida, por tanto sus ciclos de histéresis varian.

-como sabemos el area encerrada por el lazo de histéresis es proporcional a la energía disipada por ciclo debido a la misma y es independiente de la frecuencia., entonces si aumentamos la tensión la corriente también aumenta por tanto habrá mas energía disipada y el area del lazo será mayor.

-se sabe también que el area encerrada por el lazo es proporcional a la energía disipada debido a las corrientes de Foucault,por tanto el lazo de histéresis aumentara si consideramos el efecto de las corrientes de Foucalt.

5. ¿Por qué los reactores tienes diferentes corrientes de excitación para una tensión nominal?

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Las propiedades magneticas del nucleo determinan la corriente de excitación ,debido a las propiedades no lineales del hierro ,

La corriente de excitación consta de dos componentes , la corriente de magnetización y la corrientes de perdidas en el nucleo de Fe, ambas relaciondas con la composición y fabricación del nucleo, por tanto cada reactor tendrá diferentes corrientes de excitación

6.- OBSERVACIONES Y CONCLUSIONES

Las principales perdidas que existen en un transformador monofásico son causadas por flujos de

histéresis, corrientes parasitas, y perdidas en el cobre. Podemos reducir estas perdidas de potencia en el transformador y mejorando su eficiencia

tomando en cuanto a varios aspectos a la hora de la construcción de un transformador tales aspectos pueden ser, el uso de chapas en el núcleo, la selección adecuada del material magnético a utilizar, entre otros.

El transformador es una gran herramienta en la vida humana, y si tomamos en cuenta los aspectos mencionados en este ensayo a la hora de construir un transformador, tendremos una maquina eléctrica con menos perdidas y con una alta eficiencia optimizando nuestro trabajo y evitando pérdidas económicas.

Al llegar a un límite de temperatura el ferromagnetismo de los materiales ferromagnético desaparece completamente, y el material se toma paramagnético. Esta temperatura se denomina temperatura de Curie.

El factor potencia en la zona lineal tiende a ser alrededor de 0,7 para los transformadores y mientras llega a la zona de saturación el valor tendera a ser de 0,3.

Se relaciona al voltaje con la densidad de campo magnético en un transformador y a la corriente con la intensidad de campo magnético.

7.- BIBLIOGRAFIA

Maquinas Eléctricas ………………………………………………………Jesus Fraile Mora

Maquinas Eléctricas I ………………………………………………………UNI

Apuntes de clases-http://www.termiset.com/pdf/transformadores%20de%20medida%20saturacion.pdf- http://inggilberto.com/CORRIENTE%20DE%20EXCITACION.htm- http://html.rincondelvago.com/transformadores.html

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