El reactor con núcleo de hierro

Laboratorio Nº 01: El reactor con núcleo de hierro

Facultad de Ingeniería Eléctrica y Electrónica

Universidad Nacional de Ingeniería Lima, Perú

Ortega Uribarri, Andrea

I. OBJETIVO

Los siguientes experimentos tienen como finalidad

mostrar

• Obtención de la característica B-H a partir de la prueba de excitación.

• Observación del lazo de histéresis dinámico y forma de onda de la corriente del reactor, sin entrehierro y con entrehierro.

• Separación de las pérdidas del núcleo.

II. TEORÍA

A. Magnetismo

El magnetismo es un fenómeno físico por el que los materiales ejercen fuerzas de atracción o repulsión sobre otros materiales. En la naturaleza existe un mineral llamado magnetita o piedra imán que tiene la propiedad de atraer el hierro, el cobalto, el níquel y ciertas aleaciones de estos metales, que son materiales magnéticos.

B. Ferromagnetismo

El ferromagnetismo es un fenómeno físico en el que se produce ordenamiento magnético de todos los momentos magnéticos de una muestra, en la misma dirección y sentido. Un material ferromagnético es aquel que puede presentar ferromagnetismo. La interacción ferromagnética es la interacción magnética que hace que los momentos magnéticos tiendan a disponerse en la misma dirección y sentido. Ha de extenderse por todo un sólido para alcanzar el ferromagnetismo.

C. Materiales ferromagnéticos

Las propiedades magnéticas macroscópicas de un material lineal, homogéneo e isótropo se definen en función del valor de la susceptibilidad magnética Xm, que es un coeficiente adimensional que expresa la proporcionalidad entre la magnetización o imanación M y la intensidad del campo magnético H de acuerdo con la ecuación:

M = Xm H [A/m]

Como quiera además que la inducción magnética B está relacionada con los campos H y M por:

B = µ0 (H+M) [Teslas]

Teniendo en cuenta la primera ecuación:

B = µ0 (H+ Xm H)= µ0 (1+ Xm) H

B = µH

Donde µ representa la permeabilidad magnética del medio (µ = µ0 + µr ) y µr la permeabilidad relativa, que a su vez es igual a 1+ Xm; µ0 es la permeabilidad del vació y que en unidades del SI es igual a 4πx10-7 H/M. Para el caso de materiales ferromagnéticos µr ˃˃1 y Xm tiene un valor muy elevado.

La siguiente figura representa algunas formas de curvas de magnetización (o imanación) para diversos materiales empleados en la construcción de máquinas eléctricas.

Se estila presentar la curva anterior acompañada de la curva de permeabilidad, como se muestra en la imagen inferior. Ambos en función de la intensidad de campo magnético aplicado al material ferromagnético.

D. Reactor de núcleo de hierro

Un reactor es un dispositivo que genera inductancia para obtener reactancias inductivas. Su construcción consiste en una bobina arrollada sobre un núcleo de material ferromagnético, este núcleo hace que la bobina al ser recorrido por una intensidad de corriente alterna (i) obtenga altas inductancias con dimensiones reducidas tal como se muestra en la siguiente figura:

Sabemos que:

XL = ωL

XL = Reactancia inductiva

L: Inductancia

ω = Frecuencia Angular

El objetivo es conseguir valores requeridos de XL con dimensiones pequeñas y allí el núcleo ferromagnético ayuda bastante.Pero, el núcleo ferromagnético introduce fenómenos adicionales tales como las pérdidas por histéresis y corrientes parásitas (Foucault) y la variación de la inductancia en función del flujo magnético, por lo que en corriente alterna sinusoidal trae consigo numerosas armónicas, la cual exige mayor análisis principalmente en los transformadores, más aún

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