UNIDAD 13MEDICIONES MAGNTICASConcepto sobre curva de imantacin y prdidas magnticas. Separacin. Descripcin y mtodo de ensayo con el aparato de Epstein. Medicin de flujo por efecto Hall. Ensayos

Curva de magnetizacinSe denomina curva de magnetizacin de un material, o caracterstica magntica, a la representacin cartesiana de los valores de lainduccin magntica B(en ordenadas) y de laexcitacin magntica H(en abscisas), como se muestra en la Figura 1. En ocasiones se representa laimanacinM en lugar de lainduccinB.

Supngase un ncleoferromagnticode untransformador, si se le aplica una excitacin magntica H, surgir una induccin B. Si aumentamos la excitacin magntica progresivamente desde cero (aumentando la intensidad) y se representa la curva de magnetizacin, se observa que la induccin es proporcional a H y que el tramooa(Figura 1) es prcticamente recto. Esto se debe a que lapermeabilidades constante y alta (cuanto ms alta es la permeabilidad ms vertical ser la grfica en este tramo).Llegados al puntoala grafica deja de ser lineal, o lo que es lo mismo, la permeabilidad deja de ser constante. A este tramoabse le denomina codo de saturacin. Alcanzado el puntobla grafica vuelve a ser lineal. En el tramo bcel material est completamente saturado. Esta saturacin supone que para grandes aumentos de la excitacin no se detectan cambios significativos de la induccin B. En esta zona el material tiene baja permeabilidad (se comporta prcticamente como el aire).A nivel molecular, lo que sucede en los materiales ferromagnticos es que al aplicarles un campo los momentos magnticos de los dominios se orientan con l a medida que este aumenta (tramoab). Una vez alineados con el campo se alcanza la saturacin del material (a partir deb) lo que supone que no existen ms dominios que puedan contribuir a la induccin o magnetizacin del material. Por esta razn, una vez saturado el material, el valor de la induccin prcticamente no vara.Para un mejor aprovechamiento del material (mnima seccin) los ncleos de las maquinas se disean para que, con sus valores nominales de funcionamiento, trabajen cerca del comienzo del puntoa(codo de saturacin).

Curva de histresis magnticaEn el punto 0 la substancia no ha sido magnetizada nunca y. en consecuencia, la induccin magntica es nula. En el tramo (0-a) se va aumentando la intensidad de campo H con lo que se consiguen valores crecientes de induccin hasta llegar a la saturacin. En el tramo (a-b) se va reduciendo la intensidad de campo en la bobina. La induccin tambin se reduce, pero no en la misma proporcin que antes. En el punto (b) se ha anulado la intensidad de campo, sin embargo, la substancia manifiesta todava un cierto magnetismo remanente (Br).En el tramo (b-c) se invierte el sentido del campo magntico (esto se consigue invirtiendo el sentido de la comente elctrica que alimenta la bobina del ensayo). En el punto (c) la induccin es cero; se ha conseguido eliminar por completo el magnetismo remanente. Para ello, ha habido que aplicar una intensidad de campo (Hc), conocida por el nombre de campo coercitivo. En el tramo (c-d) se sigue aplicando una intensidad de campo negativo, con lo que se consiguen niveles de induccin negativos hasta alcanzar la saturacin. En los tramos (d-e), (e-f) y (f-a) se completa el ciclo de histresis. La curva no pasa otra vez por el punto (0) debido a la histresis.

Prdidas por histresis magnticaEl proceso de magnetizacin y desmagnetizacin descrito anteriormente provoca calentamientos en el material que indican disipacin de energa. Estas prdidas se deben a la diferencia entre la energa transferida al campo durante la magnetizacin y la que se devuelve en la desmagnetizacin. Se ha demostrado que el valor de estas prdidas coincide con el rea encerrada por el contorno del ciclo de histresis. Representacin del rea de prdidas en materiales blandos (izquierda) y duros (derecha)De la grficas anteriores se puede extraer el motivo por el cual para mquinas elctricas se suele introducir ncleos de materiales blandos, ya que tienen menores prdidas por histresis que los duros, por tanto, no sufren tanto calentamiento y el rendimiento de la mquina es superior.El clculo numrico de estas areas no es sencillo, ya que se necesita conocer la ecuacin de las curvas implicadas en la representacin del ciclo de histresis. Por ello, para este clculo suele utilizarse la ecuacin 1, que seconoce como ecuacin de Steinmetz.(1)Donde Ph es el valor de las prdidas por histresis, f la frecuencia de la seal de excitacin, Kh es una constante que depende del material (puede estar entre 0.001 para un buen acero al silicio y 0.03 para el acero fundido duro). Bmax es el valor de la induccin mxima y n toma el valor de 1.6 para inducciones inferiores a 1 Tesla y 2 para inducciones superiores.Las unidades de las perdidas por histresis son los Vatios por metro cuadrado (W/m).

FoucaultLas prdidas de Foucault se deben a las corrientes inducidas sobre el material ferromagntico como consecuencia de estar sometido a un campo magntico variable con el tiempo. Dichas corrientes reciben, tambin, los nombres de corrientes parsitas o de remolino. Si el material magntico es aislante, como es el caso de las ferritas, estas prdidas son nulas.

La direccin de las corrientes de Foucault viene dada por la regla de la mano derecha, agarrando el vector campo con la mano derecha y el pulgar apuntando en su direccin, el resto de los dedos marcan la direccin de las corrientes parasitas (Figura 11).El mdulo de las prdidas de Foucault viene determinado por la ecuacin 2, en donde Kf es una constante proporcionada por el fabricante para cada tipo de chapa, f es la frecuencia a la que trabajar el circuito magntico y Bmax la induccin mxima que se puede presentar. De esta ecuacin se deduce que las prdidas son proporcionales al cuadrado de la frecuencia y la induccin mxima, siendo estas dos magnitudes dependientes del tipo de excitacin de la bobina que acta sobre el circuito magntico.(2)Las prdidas de Foucault se miden en W/kg y, en la prctica, suelen darse las prdidas magnticas totales, determinadas experimentalmente, en forma de tablas o grficos.

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