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Circuitos Magnéticos: Características de Materiales Ferromagnéticos y Simulación con FEMM, Lab Reports of Applied Thermodynamics

Una práctica de laboratorio sobre circuitos magnéticos, donde se explora la naturaleza de materiales ferromagnéticos, sus aplicaciones y la simulación de circuitos magnéticos mediante el software femm. Se detallan objetivos, marco teórico, preparación y procedimiento.

What you will learn

  • ¿Cómo se caracterizan materiales ferromagnéticos y qué aplicaciones tienen en circuitos magnéticos?
  • ¿Cómo se utiliza el software FEMM para modelar y simular circuitos magnéticos?
  • ¿Cómo se representa la relación entre el campo magnético y la densidad de flujo magnético en materiales ferromagnéticos?

Typology: Lab Reports

2020/2021

Uploaded on 07/02/2021

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FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA
Departamento de Ingeniería Mecánica
DEE | http://www.epn.edu.ec/
LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS
PRÁCTICA N° 01
1. TEMA: CIRCUITOS MAGNÉTICOS
2. OBJETIVOS
2.1. Conocer las características de materiales ferromagnéticos y su aplicación en circuitos magnéticos.
2.2. Simular circuitos magnéticos mediante el uso del software FEMM.
3. MARCO TEÓRICO
Los materiales ferromagnéticos presentan imanaciones grandes aún en presencia de campos magnéticos
débiles y son los más usuales en aplicaciones tecnológicas como núcleos de transformadores, motores y generadores.
Estos materiales además presentan una característica especial, la relación no lineal entre la intensidad del campo
magnético H y la densidad de flujo magnético B.
El valor de B que se produce en un material ferromagnético debido a una determinada excitación magnética
H no es una función lineal, sino que depende del material. Si se introduce una muestra de material ferromagnético en
el interior de una bobina y se hace variar H, modificando la corriente que circula por la bobina, se obtiene la figura 1:
Fig. 1 Curva de Histéresis
El ciclo o curva de histéresis es una representación gráfica de los diferentes estados por los que pasa el material
ferromagnético a lo largo del ciclo de trabajo. Si la intensidad de campo H varía entre ±Hmáx, el material
ferromagnético describe dentro del plano de estado B-H una gráfica, de modo que los valores que se obtienen
aumentando H no coinciden con los obtenidos al hacer disminuir H (histéresis).
4. TRABAJO PREPARATORIO
4.1. Consultar las definiciones de intensidad de campo magnético, densidad de flujo magnético
4.2. Consultar la clasificación de los materiales magnéticos, indicando para cada caso sus características y su
respuesta ante un campo magnético externo.
4.3. Consultar el significado de curva de histéresis. Dibujar la curva de histéresis para 3 tipos de materiales
distintos.
4.4. Consultar el significado de magnetismo remanente y fuerza coercitiva.
5. EQUIPO Y MATERIALES
o Software FEMM
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FACULTAD DE INGENIERÍA MECÁNICA

Departamento de Ingeniería Mecánica

DEE | http://www.epn.edu.ec/

LABORATORIO DE MÁQUINAS ELÉCTRICAS

PRÁCTICA N° 01

1. TEMA: CIRCUITOS MAGNÉTICOS

2. OBJETIVOS

2.1. Conocer las características de materiales ferromagnéticos y su aplicación en circuitos magnéticos. 2.2. Simular circuitos magnéticos mediante el uso del software FEMM.

3. MARCO TEÓRICO Los materiales ferromagnéticos presentan imanaciones grandes aún en presencia de campos magnéticos débiles y son los más usuales en aplicaciones tecnológicas como núcleos de transformadores, motores y generadores. Estos materiales además presentan una característica especial, la relación no lineal entre la intensidad del campo magnético H y la densidad de flujo magnético B. El valor de B que se produce en un material ferromagnético debido a una determinada excitación magnética H no es una función lineal, sino que depende del material. Si se introduce una muestra de material ferromagnético en el interior de una bobina y se hace variar H, modificando la corriente que circula por la bobina, se obtiene la figura 1: Fig. 1 Curva de Histéresis El ciclo o curva de histéresis es una representación gráfica de los diferentes estados por los que pasa el material ferromagnético a lo largo del ciclo de trabajo. Si la intensidad de campo H varía entre ±Hmáx, el material ferromagnético describe dentro del plano de estado B-H una gráfica, de modo que los valores que se obtienen aumentando H no coinciden con los obtenidos al hacer disminuir H (histéresis). 4. TRABAJO PREPARATORIO 4.1. Consultar las definiciones de intensidad de campo magnético, densidad de flujo magnético 4.2. Consultar la clasificación de los materiales magnéticos, indicando para cada caso sus características y su respuesta ante un campo magnético externo. 4.3. Consultar el significado de curva de histéresis. Dibujar la curva de histéresis para 3 tipos de materiales distintos. 4.4. Consultar el significado de magnetismo remanente y fuerza coercitiva. 5. EQUIPO Y MATERIALES o Software FEMM

6. PROCEDIMIENTO

MODELACIÓN Y SIMULACIÓN CON FEMM

6.1. Se procederá a la modelación y simulación de un circuito magnético usando el software FEMM. El instructor explicará el funcionamiento del programa, los pasos a seguir para la modelación, simulación y análisis de resultados. 6.2. Determinar, mediante el software FEMM, el flujo magnético, densidad de flujo magnético, intensidad de campo en el núcleo como en los entrehierros.

7. INFORME 7.1. Realizar la simulación del siguiente circuito magnético: - Las medidas pertinentes están en milímetros. - Asuma las dimensiones de la bobina - Escoja dos materiales magnéticos a su gusto de la librería de FEMM. Se pregunta: ¿cuál es el valor de la corriente de 60 Hz que se debe inyectar en la bobina para tener una densidad de flujo B=0,5 T (Teslas) en el entrehierro de 2 mm del núcleo? - Presente los resultados de las simulaciones de cada circuito. (uno por cada tipo de material magnético) - Indique los efectos que pudo observar. ¿Cambió el valor de la corriente necesaria con el cambio de material magnético? 7.2. Consultar los materiales más utilizados en la fabricación de transformadores y motores con respecto a la permeabilidad magnética. Puede tomar como base 10 materiales de la librería de materiales de FEMM. 7.3. Conclusiones y Recomendaciones 7.4. Bibliografía 8. REFERENCIAS - Fitzgerald A. E., et al; "Electric Machinery"; 6ta edición; McGraw Hill; USA, NY; 2003 - Mora F. J., "Máquina Eléctricas"; 6ta edición; McGraw Hill; España; 2007 - Guru B., Hiziroglu H., “Máquinas Eléctricas y Transformadores, Alfaomega, 3era edición. - Kosow I.; “Máquinas Eléctricas y Transformadores”; 1 edición - Software FEMM. http://www.femm.info/wiki/Download