Comportamiento magnético de los materiales ferromagnéticos
• En toda curva de núcleo ferromagnético la región de saturación se
detalla mejor cuando la intensidad del campo magnético se expresa en
escala logarítmica en una grafica.
• La ventaja de utilizar núcleos de material ferromagnéticos en maquinas
eléctricas y transformadores radica en que al aplicarles cierta fuerza
magnetómotriz se obtiene un flujo mayor que el obtenido en el aire. Sin
embargo, si el flujo resultante debe ser proporcional o
aproximadamente proporcional a la fuerza magnetómotriz aplicada, el
núcleo debe ser operado dentro de la región no saturada de la curva de
magnetización.
Histéresis magnética y perdida asociada
Al inicio si se tiene un núcleo ferromagnético no magnetizado, el punto o
sobre la curva H=0 y B=0. Si se incrementa la corriente en la bobina en la dirección positiva, se incrementan los amperes-vueltas y de aquí la intensidad de campo magnético
Cuando la corriente alcanza su máximo valor, la densidad de flujo y la intensidad del campo tienen sus respectivos máximos valores y la curva esta en un punto a, este es el trazo inicial (línea discontinua). En la medida en que la corriente se reduce la curva sigue una trayectoria diferente y cuando la corriente se reduce a cero H se reduce a cero también, pero la densidad de flujo se mantiene atrasada, manteniendo el punto b sobre la curva, la densidad de flujo en este punto es el magnetismo residual. Este retraso del flujo detrás de la fuerza de magnetización es el efecto de histéresis.
En la medida que la corriente alterna y la intensidad del campo magnético asociado se incrementa en la dirección negativa, el magnetismo residual disminuye, pero permanece positivo hasta alcanzar el punto c en este momento, la densidad de flujo en el núcleo es cero. La intensidad del campo negativa requerida para forzar el magnetismo residual a cero se le llama fuerza coercitiva y se representa por la línea oc sobre el eje H; en la medida que la corriente continua con sus alternancias, la grafica B contra H sigue el
recorrido c-d-e-a-b sobre el lazo de histéresis.
Ejemplo 1
Encuentre la permeabilidad relativa de un material ferromagnético típico, cuando a) H=50, b) H=100, c) H= 500, y h) H=1000 amp-vueltas/mts.
Solución
La permeabilidad de un material esta dada por: µ= B/H
Y la permeabilidad relativa esta da por: µr = µ/µo
Por lo tanto es fácil determinar la permeabilidad de cualquier intensidad de campo magnético
a) Cuando H=50 amp-v/mt B= 0.25T µ= B/H = 0.25T/ 50 a-v/mt
µ = 0.0050 H/m y
µr = µ/µo = 0.0050/ 4Π x 10-7
b) Cuando H=100 amp-v/mt B= 0.72T µ= B/H = 0.72T/100 a-v/mt
µ = 0.0072 H/m y
µr = µ/µo = 0.0028/ 4Π x 10-7
µr = 5730
c) Cuando H=500 amp-v/mt B= 1.40T µ= B/H = 1.40T/ 500 a-v/mt
µ = 0.0028 H/m y
µr = µ/µo = 0.0072/ 4Π x 10-7
Ejemplo 2
Un núcleo magnético cuadrado tiene una longitud media de 55 cm y un área de sección transversal de 150 cm2. . Una bobina de 200 vueltas de alambre esta
enrollada en una de las columnas del núcleo, el cual esta hecho de un material cuya curva de magnetización corresponde al del acero típico. ¿Cuál es la
permeabilidad relativa del núcleo si por el existe un flujo de 0.012Wb? Solución
La densidad de flujo requerida es:
B= Ø/A
B= 0.012Wb/ 0.015m2 = 0.8T
Según Grafico:
La permeabilidad del núcleo seria entonces µ= B/H = 0.8T/ 115 a-v/mt =0.00696 H/m
µr = µ/µo = 0.00696/ 4Π x 10-7= 5540 (aprox.)
