PREVIO MAQUINAS

7/23/2019 PREVIO MAQUINAS

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UNIVERSIDAD NACIONAL DE INGENIERIA

FACULTAD DE INGENIERIA MECANICA

INFORME PREVIOREACTOR CON NUCLEO DE HIERRO

PROFESOR: Ing. Edgard Guadalupe Goñas

ALUMNO: Damiano Leguía Carluis

Código: 20130061d

2015



1. OBJETIVO

Determinar a partir de las pruebas experimentales en un reactor con núcleo dehierro las características de magnetización de determinado materialferromagnético.

Observación del lazo de histéresis dinámico y de la forma de onda de la corrientede excitación. Asimismo se presenta un método para efectuar la separación depérdidas en el núcleo.

2. FUNDAMENTO TEÓRICO

Los campos magnéticos varían con el tiempo cuando están relacionados conmuchos aparatos magnéticos prácticos, tales como: transformadores, motoresy generadores. En general dicha variación es periódica. Si la estructura

magnética está hecha de un material ferromagnético, es necesario examinar lapérdida de energía en el núcleo debido al campo magnético y las formas deonda de flujo y de la corriente de excitación.

forma de onda de la corriente de excitación en un sistema ferromagnético conflujo senoidal



DETERMINACIÓN DE LOS PARÁMETROS DEL CIRCUITOEQUIVALENTE DE UN REACTOR CON NÚCLEO DE HIERRO.

a) Determinación de la Resistencia del Bobinado ( RB)

Se usa una fuente D.C. de bajo voltaje, con disponibilidad para variar lacorriente.

VD.C. = Lectura registrada por un voltímetro D.C.ID.C .= Lectura registrada por un amperímeto D.C.Luego:

Se toman varias lecturas y se calcula el valor promedio. Si una corriente A.C.fluye por el embobinado, la resistencia será mayor debido al efecto superficial.La corriente A.C. circula cerca de la superficie del conductor causando de éstemodo una distribución no uniforme de corriente en la sección transversal delconductor. El área efectiva de la sección transversal utilizada es entonces menor

que el área disponible y como RB es inversamente proporcional al área, laresistencia a corrientes variables en el tiempo es más grande que la resistenciaen D.C. (Este efecto es una función de la frecuencia).

Usualmente se toma:

b) Determinación de gp y bm:Tenemos dos métodos:b.1) Método analítico: Se usa el circuito mostrado, aplicando el voltajesenoidal de magnitud y frecuencias conocidas.



b.2) Método Gráfico: Si un material ferromagnético es excitado por C.A.debemos contar con la curva densidad de flujo máxima vs fuerza demagnetización (B-H); además debemos conocer la variación de las pérdidas enel núcleo como una función de la densidad de flujo

máximo y de la frecuencia.La curva de pérdidas en el núcleo es trazado como una función de Bmáx,manteniendo la frecuencia constante. Una familia de estas curvas puede serconstruida sobre un rango de frecuencia.



PÉRDIDAS EN LOS MATERIALES FERROMAGNÉTICOS

Cuando la bobina con núcleo de hierro se excita con corriente continua(DC), la única pérdida que se presenta es la que se produce en la

resistencia propia de la bobina. Se ha de notar que el núcleo no sufrecalentamiento alguno. Cuando la bobina del núcleo se excita con corriente alterna (AC), ésta (el

núcleo) si sufrirá un calentamiento y por consiguiente se producirá unasnuevas pérdidas llamadas “Pérdidas en el núcleo” que son debidas a la variación del campo magnético (y flujo magnético).

Esta son:

a) Pérdidas por histéresis (Ph)

b) Pérdidas por corrientes Parásitas (Pf )

Las pérdidas totales en el núcleo de hierro vienen a ser la suma de ambos, esdecir:

a) Pérdidas por Histéresis (Ph).- Son producidos por un fenómeno afin a lafricción molecular, ya que las partículas más pequeñas del núcleo tienden aalinearse primero en un sentido, y después en el otro, a medida que el flujomagnético varía periódicamente.

Para determinar estas pérdidas será suficiente con medir con un planímetro elárea encerrada por el lazo de histéresis.

η = coeficiente de Steinmetz, constante cuyo valor depende del material y delsistema de unidades usado.



n= exponente de Steinmetz, usualmente es 1,6.

Fórmula empírica deducida por Steinmetz (1892) después de un gran númerodeobservaciones y mediciones experimentales.

Para una frecuencia f y un volumen Vol tendremos:

donde:Kh = cte., depende del material y del sistema de unidades usado.f= frecuencia de magnetización en ciclos / seg.Vol = volumen del núcleo en m3.

Ph es independiente de la forma de onda de la fuente de excitación, o de laforma de onda de flujo, depende solamente de la amplitud de la densidad deflujo, la frecuencia de la fuente y la naturaleza del material magnético.

b) Pérdidas por Corrientes Parásitas.- Es la energía disipada en el núcleodebido a pérdidas óhmicas, es decir el campo magnético variable en el tiempoinduce corrientes parásitas en el núcleo, como el núcleo tiene resistencia finita

éste disipará energía debido a pérdidas óhmicas. Las corrientes inducidasforman anillos semejando un remolino, realmente hay un número infinito deanillos de corriente cubriendo completamente la sección transversal del núcleo.

Para la determinación de éstas pérdidas recurrimos a la siguiente fórmula:

Para un volumen Vol tendremos:



Donde:t : espesor de las láminas que forman el núcleo (m)Bmax : densidad de flujo máximo (Wb/m2)f : frecuencia en ciclos / segVol : volumen del núcleo en m3

ρ : resistividad del material ferromagnético (Ω x m)

PÉRDIDAS TOTALES EN EL HIERRO (PT).El total de pérdidas en el núcleo es la sumatoria de las pérdidas debido a la

histéresis y a las corrientes parásitas.

Laminando el material del núcleo y aumentando su resistividad podremoslimitar las pérdidas por corrientes parásitas. Las pérdidas por histéresisrepresentan en las máquinas eléctricas alrededor del 75% de las pérdidastotales.

SEPARACIÓN DE PÉRDIDASSi se conocen las pérdidas totales de una plancha magnética midiendo adiferentes frecuencias pero con la misma densidad de flujo máxima; es posible

deducir analíticamente o gráficamente sus dos componentes.



Tomamos como ordenada los valoresPT

f y por abscisas las frecuencias, se

ubican 2 ó más lecturas en plano cartesiano. Uniendo estos puntos se obtendráuna línea recta.



3. EQUIPO A UTILIZAR

1 interruptor termo magnético bipolar 2X20A, 10kA.

1 Autotransformador variable con capacidad de 6A.

1 Resistencia de 60 kΩ.

1 Reóstato de 4.5Ω.

1 Condensador de 20µF.

1 Amperímetro de 4A.

1 Voltímetro de 600V.

1 Vatímetro de 1200 W.

1 Osciloscopio.

2 Sondas pasivas.

1 Multímetro.



4. CIRCUITO A UTILIZAR

OBTENCIÓN DE LA CARACTERÍSTICA B-H

LAZO DE HISTÉRESIS

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