FUNDAMENTO TEORICO
REACTOR CON NÚCLEO DE HIERRO:
Un reactor es un dispositivo dispositivo que genera inductancia inductancia para obtener obtener reactancias reactancias inductivas. inductivas. Su construcción consiste consiste en una bobina arrollada arrollada sobre un núcleo de material ferromagnético, este núcleo hace que la bobina al ser recorrido por una una inte intens nsid idad ad de corri corrien ente te alte altern rna a (i) (i) obte obteng nga a alta altass indu induct ctan anci cias as con dimensiones reducidas tal como se muestra en la siguiente figura:
Sabe Sabemo moss que: que: ! " #! !: $eactancia inductiva !: %nduct %nductanc ancia ia #:&recuencia 'ngular
ero el núcleo ferromagnético introduce fenómenos adicionales tales como las pérdidas por histéresis corrientes par*sitas (&oucalt) la variación de la inductancia en función del flu+o magnético, por lo que en corriente alterna sinuso sinusoida idall trae trae consigo consigo numero numerosas sas armóni armónicas, cas, la cual cual eige eige m*s an*lis an*lisis is principalmente en los transformadores, m*s aún cuando traba+an en vac-o.
REACTORES CON NÚCLEO DE HIERRO BALASTOS: Sirven para estabiliar el funcionamiento de las l*mparas de descarga de gases, a que estas no pueden funcionar directamente conectados a la red de tensión. Si no hubiera un balasto entre la l-nea de tensión la l*mpara, ésta última eplotar-a. !os balastos pueden ser impedancias inductivas, capacitivas ó resistivas que limitan la corriente (amperios) que circulan por las l*mparas a los valores eigidos para un funcionamiento adecuado. 'dem*s, cuando es necesario, los balastos suministran la tensión corriente de arranque requeridas en el caso de reactancias de arranque r*pido, la ba+a tensión requerida para calentar los c*todos de las l*mparas. !as m*s utiliadas son las de tipo inductivo. /n resumen, las funciones que debe realiar un balasto son: 0 roporcionar la corriente de arranque ó de precalentamiento de c*todos para conseguir en éstos la emisión inicial de electrones. 0 Suministrar la tensión de arranque en vac-o (tensión que el balasto env-a a la l*mpara) suficiente para hacer saltar el arco en el interior de la l*mpara. 0 !imitar la corriente en la l*mpara a los valores adecuados para su correcto funcionamiento. !os reactores est*n formados por un núcleo de hierro de placas de acero de una bobina de alambre de cobre. 'lgunos reactores producen un umbido, esto es a causa de que generalmente éstos traba+an en la ona de saturación es decir se produce una vibración como consecuencia de las solicitaciones magnéticas sobre las placas de núcleo.
CURVA DE MAGNETIZACIÓN:
!a curva de magnetiación es de fundamental importancia, porque las caracter-sticas de funcionamiento de la m*quina, bien sea generador ó motor, dependen casi completamente de ella. or esta raón, la fase de determinación de la curva de magnetiación constitue un paso esencial en el proecto, con ob+eto de tener la seguridad de que la m*quina satisfar* las condiciones especificadas. !a curva de magnetiación se utilia para el dise1o de simples bobinas, choques ó balastos, transformadores m*quinas rotativas. 2ambién para el c*lculo de las inductancias est*tica din*mica utiliadas en el c*lculo de la estabilidad ó el transitorio de un sistema de potencia. /sta curva se puede representar de distintas maneras, pero la que usaremos en esta eperiencia ser* la mediante la ecuación de &roelich (curva 345).
PÉRDIDAS POR HISTÉRESIS (PH):
Son producidos por un fenómeno af-n a la fricción molecular, a que las part-culas m*s peque1as del núcleo tienden a alinearse primero en un sentido, después en el otro, a medida que el flu+o magnético var-a periódicamente.
ara determinar estas pérdidas ser* suficiente con medir con un plan-metro el *rea encerrada por el lao de histéresis. n
W h= η Bmáx
(erdidas / unidad de volumen)
6 " coeficiente de Steinmet, constante cuo valor depende del material del sistema de unidades usado. n" eponente de Steinmet, usualmente es 7,8. &órmula emp-rica deducida por Steinmet (79;) después de un gran número de observaciones mediciones eperimentales. ara una frecuencia f un volumen < ol tendremos:
=onde: >h " cte., depende del material del sistema de unidades usado. f" frecuencia de magnetiación en ciclos ? seg.
SEPARACIÓN DE PÉRDIDAS: Si se conocen las pérdidas totales de una plancha magnética midiendo a diferentes frecuencias pero con la misma densidad de flu+o m*imaB es posible deducir anal-ticamente o gr*ficamente sus dos componentes.
Si mantenemos 3m* " cte.
ara determinar a b, efectuamos dos mediciones a las frecuencias f 7 f ;:
$esolviendo el sistema de ecuaciones con dos incógnitas se obtiene:
AUTOTRANSFORMADOR:
Un autotransformador es una m*quina eléctrica, de construcción caracter-sticas similares a las de un transformador , pero que a diferencia de éste, sólo posee un único devanado alrededor del núcleo. =icho devanado debe tener al menos tres puntos de coneión eléctrica, llamados tomas. !a fuente de tensión la carga se conectan a dos de las tomas, mientras que una toma (la del etremo del devanado) es una coneión común a ambos circuitos eléctricos(fuente carga). Cada toma corresponde a un volta+e diferente de la fuente (o de la carga, dependiendo del caso). /n un autotransformador, la porción común (llamada por ello Ddevanado comúnD) del devanado único actúa como parte tanto del devanado DprimarioD como del DsecundarioD. !a porción restante del devanado recibe el nombre de Ddevanado serieD es la que proporciona la diferencia de volta+e entre ambos circuitos, mediante la adición en serie (de all- su nombre) con el volta+e del devanado común.
•
FUNCIONAMIENTO:
'l igual que los transformadores, los autotransformadores funcionan basados en el principio de campos magnéticos variantes en el tiempo , por lo que tampoco pueden ser utiliados en circuitos de corriente continua.
!a transferencia de potencia entre dos circuitos conectados a un autotransformador ocurre a través de dos fenómenos: el acoplamiento magnético (como en un transformador común) la coneión galv*nica entre los dos circuitos (a través de la toma común). or esta raón, un autotransformador resulta en un aparato m*s compacto ( a menudo m*s económico) que un transformador de la misma potencia volta+es nominales. =e igual manera, un transformador incrementa su capacidad de transferir potencia al ser conectado como autotransformador.
!a relación de transformación de un autotransformador es la relación entre el número de vueltas del devanado completo (serie m*s común) el número de vueltas del devanado común. or e+emplo, con una toma en la mitad del devanado se puede obtener un volta+e de salida (en el devanado DcomúnD) igual a la mitad del de la fuente (o viceversa). =ependiendo de la aplicación, la porción del devanado que se utilia sólo para el circuito de alta tensión se puede fabricar con alambre de menor calibre (puesto que requiere menos corriente) que la porción del devanado común a ambos circuitosB de esta manera la maquina resultante es aún m*s económica.
OBJETIVOS: =eterminaremos a partir de pruebas eperimentales en un reactor, las caracter-sticas de magnetiación del hierro. Ebservaremos el lao de histéresis din*mico la forma de onda que tiene la corriente de ecitación. =e esta manera se presenta un método para efectuar la separación de pérdidas en el núcleo.
EQUIPO UTILIZADO: • • • • • • • • • •
7 reactor de núcleo de hierro. 7 auto4trafo variable 8 '. 7 resistencia de 8F > ohmios. 7 reóstato de G.H ohmios. 7 condensador de ;F u&. 7 amper-metro ;I 'C. 7 volt-metro 7HF<. 7 vat-metro 7;FJ. Esciloscopio. Kultimetro.
CIRCUITOS REALIZADOS: 3!
O"#$%&'% $ *+ &,-.+: B H W
A
220 V.
Reactor
V
60 Hz
30
O"1$-.+&'% $* *+2 $ 4'1#5-$1'1: Osciloscopio
W
A
20uF 220 V.
Reactor
V
60 Hz
60K
CUESTIONARIO 7.4
<(
F.7
@F.G
F.7
H.
F.;
F
F.;
7;F.@
F.;
7HF.;
F.@
79F.G
F.@
;F.
;.42raar las caracter-sticas 3 vs. 5 U vs. 5 asimismo graficar J vs. < eplicar sus tendencias que significado tienen cada una de ellas. 'm
: Lrea efectiva del 5ierro
!m : !ongitud media del núcleo &a
: &actor de apilamiento
& "8F h. / " valor efica del volta+e inducido < " valor efica de la fuente de alimentación u " permeabilidad magnética Sabemos:
/ < " G.GG M f M N M 'm M 3ma N M % " 5 M !m ≈
B6,7H
@.4&otos el eperimento
Resitencias y condensador utilizados en el experimento
Modo de conectar el vatímetro
Observacionde la corriente de ingreso en el osciloscopio
Vista parcial de la curva de histéresis
G.4Oraficas de las curvas ara obtener las graficas 3 P 5 necesitamos los par*metros de la maquina. Como no disponemos de esos datos usaremos solo las relaciones de las ecuaciones anteriores con valores esandares. /ntonces la relación 3 P5 es una relación directa de volta+e corriente.
' este tipo de gr*fico se llama &,-.+ $ 1+#,-+&'%. 'l inicio, un peque1o aumento de la fuera magnetomotri produce un gran aumento en el flu+o resultante. =espués de cierto punto, sin embargo, la fuera magnetomotri, produce relativamente poco aumento en el flu+o. &inalmente un aumento en la fuera magnetomotri casi no produce cambio alguno. !a región de esta curva en donde se aplana se llama -$8'% $ 1+#,-+&'% se dice entonces, que el núcleo esta saturado. /n contraste, la región donde el flu+o cambia mu r*pidamente se llama -$8'% % 1+#,-++ de la curva se dice que el núcleo no esta saturado.
u vs. H
u (H/m)
F.FF;9 F.FF;8 F.FF;G F.FF;; F.FF;F F.FF79 F.FF78 F.FF7G F.FF7; F.FF7F F
;FF
GFF
8FF
9FF
7FFF
7;FF
H (T)
!a curva de la densidad de flu+o vs. la curva de intensidad magnética en cualquier valor de 5 es por definición la permeabilidad del núcleo (u) de esa intensidad magnética. !a curva muestra que la permeabilidad crece es relativamente constante en la región no saturada luego cae gradualmente hasta un valor mu ba+o, mientras el núcleo se satura eageradamente. 'preciamos que mientras la intensidad de magnetiación se incrementa, la permeabilidad relativa aumenta primero luego empiea a disminuir
CENC!US%EN/S •
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!a venta+a de usar un material ferromagnético para los núcleos en las m*quinas eléctricas los transformadores es que se logra concentrar me+or el flu+o dentro del material, para cualquier fuera magnetomotri dada me+or que con el aire. !a intensidad de campo magnético no depende de las caracter-sticas magnéticas del medio, sino de la corriente que produce el campo. /l valor del campo magnético en una cierta región del espacio depender* de las caracter-sticas del medio, al igual que del flu+o magnético. /l hierro es un material ferromagnético pues incrementa fuertemente el flu+o imantador (hasta el orden de los miles, con respecto al del aire) Como el material de nuestro reactor es hierro, entonces este tiene la propiedad de la retentividad, es decir, tiene la propiedad de retener cierto magnetismo después de ser imantado. ara materiales ferromagnéticos la resistencia magnética es mu ba+a, por eso se dicen que son buenos conductores del flu+o magnéticoB adem*s, su permeabilidad magnética es grande. /l volta+e inducido en el reactor siempre se opone al de alimentación por la le de !enB adem*s la corriente de ecitación es de un valor peque1o variable con el tiempo. Siempre que haa un flu+o alterno dentro de un material ferromagnético se producir* disipación de energ-a en forma de calor por el núcleo, debido a las corrientes par*sitas.
$/CEK/N='C%EN/S •
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/n la pr*ctica para reducir el valor de las corrientes par*sitas se aumenta la resistencia eléctrica de los núcleos ferromagnéticos de las m*quinas eléctricas construendo núcleos ferromagnéticos laminados también usando aleaciones con silicio en un GQ 5a que evitar que las m*quinas tengan muchas pérdidas en forma de calor, a que esto desgasta el aislamiento entre capa capa de la bobina. Kientras maor sea dicho aislamiento, maor ser* la duración de la m*quina. /s necesario que el reactor proporcionado para hacer los diversos ensaos, no haa sido utiliado anteriormenteB en el caso de no ser esto posible se le tiene que aplicar una fuera magnetomotri en sentido contrario o un esfuero mec*nico, para tratar de desmagnetiarlos a que estos mantiene ciertas propiedades magnéticas de ensaos anteriores (retentividad), evitando as- tomar algunas medidas erróneas.
