Circuitos MagnticosMquinas Elctricas IProf: Anyi GavidiaDepartamento de Potencias

1.- Introduccin a los Circuitos Magnticos. 1.1.- Intensidad de Flujo Magntico y Densidad de Flujo Magntico. 1.2.- Ley de Ampere. 1.3.-Circuitos Magnticos.2.- Encadenamiento de Flujo, Inductancia y Energa.3.- Propiedades de los Materiales Magnticos. 3.1.- Ciclo de Histresis. 4.- Excitacin en Corriente AlternaINDICE:

Objetivo Terminal de la Unidad I:Examinar los principios y leyes de circuitos magnticos como fundamento bsico para la comprensin del funcionamiento de las Mquinas Elctricas.

Lneas de fuerza del campo magntico creado por un imn permanente.Lneas cerradasCAMPOS MAGNETICOS

iCircunferencias concntricas en plano perpendicular al conductorCAMPOS MAGNETICOSLey de Ampere

Teorema de AmpereEn el caso de que la misma corriente concatene n veces a la curva, como ocurre en una bobina: TEOREMA DE AMPERE

Magnitudes que intervienen en el estudio de los circuitos magnticos

Circuitos Magnticos-Caractersticas Principales Constituidos por materiales magnticos de alta permeabilidad. El rea de la seccin transversal depende de la geometra del ncleo. El flujo esta confinado a las trayectorias definidas por la estructura.

Circuitos Magnticos En el ncleo: ( o) El flujo magntico est confinado casi enteramente al ncleo. weber (Wb)

Circuitos MagnticosLa longitud de la trayectoria para cualquier lnea de flujo se acerca a la longitud media del ncleo, lc. - Diamagnticos m < m0

Paramagnticos m > m0

Ferromagnticos m >> m00=4 x 10-7

Circuitos Magnticos con un entrehierroSi se omite el efecto de los campos de abombamiento:Ag=Ac

Reescribiendo en trminos del flujo total :F=(Rc+ Rg)Circuitos Magnticos con un entrehierro

Analoga entre los circuitos elctricos y magnticos.R1R2IFR1R2Dado que: 0 Rc Rg

Encadenamiento de Flujo.Cuando un campo magntico vara en el tiempo, se produce un campo elctrico en el espacio, determinado por la Ley de Faraday:=N. ; el smbolo indica el valor instantneo de un flujo que vara en el tiempo.

Ejercicio:El circuito magntico de la figura, consiste de un devanado de N vueltas alrededor de un ncleo magntico de permeabilidad infinita, con dos entrehierros en paralelo cuyas longitudes son g1 y g2 , y sus reas son A1 y A2, respectivamente. Calcular: 1.-La inductancia del devanado. 2.- La densidad B1 de flujo en el entrehierro 1, cuando por el devanado pasa una corriente i. (Omita los efectos de abombamiento en el entrehierro).

Encadenamiento de Flujo.Despreciando la reluctancia del ncleo:Descomponiendo la ecuacin anterior en trminos atribuibles a las corrientes individuales:

Inductancia Propia y Mutua.Para la bobina 2 :

Inductancia Propia y Mutua.Dado que :

Inductancia Variables en el tiempo.Con frecuencia, en los dispositivos de conversin de energa electromecnica :La potencia en las terminales de un devanado de un circuito magntico W J/sPara cualquier valor conocido de :Joules

Propiedades de los materiales magnticos.Importancia : Se pueden obtener grandes densidades de flujo a niveles relativamente bajos de fuerza magnetizante. Se pueden usar para delimitar y dirigir a los campos magnticos en trayectorias bien definidas.Dominios Magnticos:

Ciclo de histresisMagnetismo remanente: estado del material en ausencia del campo magnticoCampo coercitivo: el necesario para anular BREl punto S representa el punto de saturacin del ncleo magntico: una vez alcanzado este punto (saturado el ncleo) B no puede aumentar por mucho que lo haga H.

Curva de magnetizacinUniendo los vrtices de los ciclos de histresis correspondientes a diversos Hm se obtiene la curva de magnetizacin o caracterstica magntica del material

Histresis magntica. Si se desea reducir las prdidas por histresis; interesa que esta rea sea lo menor posible.

Excitacin en corriente alternaSe supondr una variacin senoidal en el ncleo (t)= (t)=mx senwt =Ac.Bmx sen wt

Donde:w=frecuencia angular =2ff= frecuencia en HzDe acuerdo con la Ley de Faraday, el voltaje inducido en el devanado de N vueltas es:

Excitacin en corriente alternaSe necesita corriente (i) en el devanado de excitacin para producir campo magntico en el ncleo.De la Ley de Ampere:Las caractersticas de excitacin de los materiales del ncleo se expresan generalmente en trminos de VA rms:

Prdidas en los materiales magnticosLas corrientes parsitas son corrientes que circulan por el interior del material magntico como consecuencia del campo.Segn la Ley de Lenz reaccionan contra el flujo que las crea reduciendo la induccin magntica, adems, ocasionan prdidas y, por tanto, calentamiento.Seccin transversaldel ncleoCorrientes parsitas1.- Calentamiento hmico:

Aislamiento entre chapas (0,001 mm)Chapas magnticas apiladas (0,3 - 0,5 mm)Flujo magnticoMenor seccin para el paso de la corrienteLos ncleos magnticos de todas las mquinasse construyen con chapas aisladas y apiladasPrdidas en los materiales magnticos

Resumen final de la clase: Los dispositivos electromecnicos que emplean campos magnticos frecuentemente utilizan materiales magnticos para guiar y concentrar dicho campo. Se puede considerar a los campos magnticos como cuasi-estticos, y por lo tanto se pueden determinar simplemente conociendo la fuerza magnetomotriz neta que acta sobre la estructura magntica . En general el comportamiento de los materiales ferromagnticos es no lineal y su curva caracterstica B-H se representa con frecuencia en forma de una familia de lazos de Histresis B-H . Las prdidas, tanto por histresis como por corrientes parsitas son funcin del flujo y de la frecuencia a la que trabajan, as como de la composicin del material y del proceso de fabricacin empleado .

Gracias por su atencin

Ejercicio: