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Tema:Parmetros electromagnticos de materiales tpicos.Ciclo de Histresis.

I. Objetivos. Determinar experimentalmente el ciclo de histresis de algunos materiales ferromagnticos. Observar y analizar los niveles de retentividad, fuerza coercitiva, energa perdida, magnetismo residual

y saturacin de algunos materiales ferromagnticos.

II. Introduccin.

Materiales Ferromagnticos.Los materiales ferromagnticos, compuestos de hierro y sus aleaciones con cobalto, tungsteno, nquel, aluminio y otros metales, son los materiales magnticos ms comunes y se utilizan para el diseo y constitucin de ncleos de los transformadores y maquinas elctricas.

Los materiales ferromagnticos poseen las siguientes propiedades y caractersticas, las cuales se detallan a continuacin:

Aparece una gran induccin magntica al aplicarle un campo magntico. Permiten concentrar con facilidad lneas de campo magntico, acumulando densidad de flujo magntico

elevado. Se utilizan estos materiales para delimitar y dirigir a los campos magnticos en trayectorias bien

definidas. Permite que las maquinas elctricas tengan volmenes razonables y costos menos excesivos.

Caractersticas de los materiales ferromagnticos.Los materiales ferromagnticos se caracterizan por uno o varios de los siguientes atributos:

Pueden imantarse mucho ms fcilmente que los dems materiales. Tienen una induccin magntica mxima (Bmax) muy elevada. Se imantan con una facilidad muy diferente segn sea el valor del campo magntico. Un aumento del campo magntico les origina una variacin de flujo diferente a la variacin que

originara una disminucin igual de campo magntico. Conservan la imanacin cuando se suprime el campo.

Tienden a oponerse a la inversin del sentido de la imanacin una vez imantados.

La trayectoria "bcdeb" trazada en la figura 1, mientras la corriente aplicada cambia, se llama curva de histresis.

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Facultad de Ingeniera.Escuela de Elctrica.Asignatura: Teora E.

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Figura 1. La curva de hstresis trazada por el flujo en un ncleo cuando se le aplica la corriente i(t).

Para entender el comportamiento de los materiales ferromagnticos es necesario conocer algo relativo a su estructura. Los tomos de hierro y de metales similares (cobalto, nquel y algunas de sus aleaciones) tienden a tener sus campos magnticos estrechamente alineados entre s. Dentro del metal hay pequeas regiones llamadas dominios. En cada dominio los tomos estn alineados con sus campos magnticos sealando en la misma direccin, de tal manera que cada dominio dentro del material acta como un pequeo imn permanente. La razn por la cual un bloque entero de hierro puede parecer sin flujo es que estos numerosos y diminutos dominios se orientan desordenadamente dentro del material.

Cuando a este bloque de hierro se le aplica un campo magntico externo, produce dominios que sealan la direccin del campo y que crecen a expensas de dominios que sealan otras direcciones. Los dominios que sealan la direccin del campo magntico crecen puesto que los tomos en sus lmites cambian fsicamente su orientacin para alinearse con el campo magntico. Los tomos extras alineados con el campo aumentan el flujo magntico en el hierro, que a su vez causa el cambio de orientacin de otros tomos, aumentando en consecuencia la fuerza del campo magntico. Este efecto positivo de retroalimentacin, es lo que causa que el hierro tenga una permeabilidad mucho mayor que la del aire.

III. Equipo y Recursos.No. Descripcin Cantidad1 Osciloscopio de 2 trazos HM 205-3 1

2 Generador de funciones SO5127-2R 13 Transformadores de diferentes tipos de ncleo 34 Resistencia 10 / w 15 Resistencia 15k / W ( 22k) 16 Capacitor de 2.2F/ 63 V (o 2F) 1

7Capacitor de 470F (Electroltico mayor de 30V o 50V). Se pueden usar tambin capacitares de 500uF 1000uF

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8 Fuente bipolar para alimentacin del generador. 19 Cables de conexin X

IV. Procedimiento.

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1. Verifique que en su mesa de trabajo se encuentre completo el material descrito en la parte de equipo y recursos. Mida las resistencias haciendo uso de un hmetro.2. Identifique cada una de las partes del generador de funciones proporcionado. Implemente el circuito mostrado en la figura 2.

Figura 2. Conexin del circuito anlisis de materiales ferromagnticos.

3. Asegrese de conectar el circuito segn las polaridades indicadas. Adems revise las conexiones del generador de funciones con respecto a la fuente bipolar. Consulte al respecto en esta parte, ya que una mala conexin podra daar el generador de funciones. 4. Conecte a las salidas V3(t) al canal 1.5. Conecte a las salidas V4(t) al canal 2.6. Ajuste el generador de funciones a 200Hz senoidales y a 0.5 del rango mximo del nivel de salida. Utilice la terminal de salida sealizado: 020Vss.7. Regule la ganancia del canal 1 del osciloscopio a 50mV/div. y la del canal 2 a 1V/div.8. Presione el botn x-y para que el osciloscopio despliegue en pantalla las variables respectivas segn un sistema de ejes x-y.9. Obtenga las grficas para el ciclo de histresis, solamente para tres materiales: Ferrita, Mu-Metal y hierro para transformador. Apague la fuente bipolar cuando haga el cambio entre los diferentes materiales magnticos bajo anlisis. 10. Para realizar el cambio del transformador bajo prueba desenergice el generador; conservando las escalas de los canales del osciloscopio para las 3 grficas analizadas segn los materiales proporcionados.

Nota: Para el anlisis considere que la escala horizontal es proporcional a la fem. y la escala vertical es proporcional a la densidad de flujo B.

V. Anlisis de Resultados.

1. Presente las grficas obtenidas durante la prctica de laboratorio.2. Utilizando las grficas obtenidas en el laboratorio encuentre los valores de los siguientes parmetros: Retentividad. Fuerza coercitiva. Magnetismo residual. Saturacin. Energa perdida.

VI. Discusin Complementaria.

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1. Investigue cul es la clasificacin ms comn que se hace de los materiales magnticos.2. Investigue el concepto de permeabilidad y permeabilidad relativa de un material magntico.3. Investigue las caractersticas de 3 tipos de materiales paramagnticos y exponga las diferencias con los

analizados en el laboratorio.

VII. Bibliografa.

o Edminister, Joseph A. Electromagnetismo. Schaum-McGraw-Hill.o Hayt, William: Teora Electromagntica. McGraw-Hill, Mxico 1997.o Gourishankar: Conversin de Energa Electromecnica. Ediciones Alfaomega.o Stephen J. chapman: Fundamentos de Mquinas Elctricas.

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