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Caracterización de componentes magnéticos

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Los elementos magnéticos, como inductores o transformadores, tienen propiedades características que dependen en el material magnético que forma el núcleo interior de la bobina. Cuando la corriente fluye en un inductor o transformador de la bobina, crea un campo magnético. La capacidad del material del núcleo para mantener el campo magnético, llamado su permeabilidad, determina la fuerza del campo, llamado la fuerza que magnetiza. La fuerza que magnetiza entonces produce el flujo magnético en el núcleo del inductor. Inductores y transformadores, la relación entre la fuerza y la densidad de flujo de magnetización se define como el flujo magnético a través de un área de sección transversal y puede analizarse mediante una curva B-H. La curva B-H describe el material de base e identifica su límite de saturación magnética. Esto ocurre cuando la corriente adicional a través de las bobinas ya no aumenta el flujo magnético. Este video ilustra la medición de curvas de BH para inductores y transformadores y la caracterización de las bobinas de material e inductor de núcleo.

Una curva B-H muestra la relación entre la densidad de flujo magnético, B y la fuerza del campo magnético, H. Inicialmente, como se aumenta la fuerza del campo magnético, la densidad de flujo aumenta también a un cierto valor máximo. Después de este punto, cualquier aumento en fuerza del campo magnético como resultado ningún aumento significativo en la densidad de flujo magnético y el material se considera saturado. Materiales magnéticos reales exhiben histéresis como el material es magnetizado alternativamente en las direcciones positivas y negativas. Esto implica que como la fuerza del campo magnético se reduce a cero, un magnetismo residual sigue siendo. El área dentro de la curva de B H es proporcional a la pérdida de energía como el material es magnetizado en las direcciones positivas y negativas. Un material con baja pérdida de histéresis, tales como el acero, se utiliza comúnmente en corazones del transformador debido a esta propiedad. La curva B-H puede utilizarse también para describir la permeabilidad del material, calculada como el cociente de la densidad del flujo magnético a la fuerza del campo magnético. Es a menudo relacionada con la permeabilidad del espacio libre y así denomina permeabilidad relativa. Materiales con muy baja susceptibilidad magnética, como la madera, tienen una baja permeabilidad relativa. Donde como materiales con alta susceptibilidad magnética, como el hierro, tienen una alta permeabilidad relativa. Para crear una curva B-H, la densidad de flujo B, primero debe ser determinada. Para ello, se mide la tasa de flujo de cambio, que está en relación con la tensión en la bobina utilizando la ley de Faraday. Esto puede identificarse con un simple circuito RC en paralelo con la bobina. Para información más detallada sobre estos cálculos, consulte el protocolo de texto. La fuerza del campo magnético, o H, se puede encontrar utilizando ley de amperios y variables medibles, la corriente en la bobina, el número de vueltas del bobinado y la duración media de la base. La curva B-H de un material puede estimarse de las mediciones de corriente y la integral de tiempo del voltaje en el elemento. Cuando el número de vueltas y dimensiones de los elementos también son conocidos, estos se pueden escalar a cantidades reales. Ahora, vamos a demostrar cómo medir la permeabilidad relativa y calcular curvas B-H.

En estos experimentos, se miden tres componentes magnéticos, un inductor pequeño con un núcleo de ferrita, un inductor más grande negro con un número desconocido de vueltas y un transformador de 60 Hz. Comience con el inductor pequeño con dimensiones como se muestra y un número de vueltas la bobina de 75. En primer lugar, medir la inductancia del inductor en 120 y 1.000 Hz usando un Medidor LCR. En segundo lugar, construir el circuito como se muestra, mantener el generador de funciones de salida de 50 ohmios y el BNC conector cable desconectado. A continuación, conecte el voltaje diferenciado y sondas de corriente y compruebe que hay no hay compensaciones. Fijar la sonda diferencial a 120 para mejor resolución. Finalmente, ajuste la sonda de corriente a 100 milivoltios por amp en la punta de prueba y 1 x en el ámbito de aplicación. Y tenga en cuenta estos factores de escala para los cálculos posteriores. Ajustar la salida de generador de función en una forma de onda de 1.000 Hz sine soto con un máximo de 10 voltios. Medir el VC y yo, conecte el generador de funciones y verificar que todas las conexiones del circuito como se muestra. Luego, registro de la medición de corriente y voltaje. Por último, cambiar el formato de la pantalla de osciloscopio de yt a xy para mostrar la curva de B-H. Ajuste el canal uno y perillas de ajuste vertical de canal dos hasta que la curva ajusta a la pantalla de alcance. A continuación, estabilizar la curva mediante la opción persist para la pantalla. Y luego, tomar una captura de pantalla de la curva. Por último, ajustar la frecuencia del generador de función a 120 Hz y retomar la captura de pantalla de la curva de B-H después de los ajustes de la curva de ajuste según sea necesario. Por último, desconectar el generador de funciones y quitar el inductor. Mantener intacto el resto del circuito.

Para determinar el número de vueltas para el inductor más grande, vamos a primero medir la curva de B-H. Para simplificar los cálculos, suponga que el núcleo es un núcleo de aire de todos. En primer lugar, medir la inductancia del inductor en 120 y 1.000 Hz utilizando el medidor de LCR. Luego, coloque el inductor en el circuito RC. Medir la curva de B-H para el inductor más grande usando el mismo procedimiento descrito para el inductor pequeño. Observar y registrar la corriente medida y la tensión. Mostrar la curva de B-H. Ajustar la frecuencia del generador de función a 120 Hz y ajuste los valores de las curvas según sea necesario.

Transformadores monofásicos constan de dos devanados acoplados por un núcleo magnético. Aquí, se mide la curva de B-H para el transformador de 60 Hz. Con el Medidor LCR, mida la inductancia del lado de 115 voltios de la bobina a 120 Hz. A continuación, montar el circuito conectando AC1 y N de la variac para el lado primario del transformador por el circuito de protoboard utilizando cables de plátano. Ajustar los factores de escala y función de parámetros del generador como se describió anteriormente. Con el variac en el 90 por ciento, medir la corriente y voltaje. A continuación, mostrar y registrar la curva de B-H.

Si se conoce el número de vueltas de bobina, núcleo promedio longitud y área transversal, entonces la inductancia de la bobina se mide directamente, y la permeabilidad relativa puede ser calculada. Alternativamente, una curva B-H medida puede utilizarse para determinar la permeabilidad relativa de un elemento y luego calcular el número de vueltas en la bobina. En la región lineal de la curva de B-H, puede encontrarse la permeabilidad relativa de la pendiente. Con permeabilidad relativa, y dado que se conocen las dimensiones de la inductancia y el núcleo, el número de vueltas puede fácilmente calcularse mediante la siguiente relación.

Inductores y otros dispositivos electromagnéticos, como los transformadores, son comunes en muchos sistemas eléctricos, electrónicos y mecánicos. La red eléctrica proporciona electricidad a los consumidores mediante la distribución de electricidad de alto voltaje a largas distancias a través de líneas de transmisión. Altos voltajes se requiere largas distancias para compensar las pérdidas de energía. Transformadores se utilizan a lo largo de las líneas eléctricas a los voltajes de transmisión más altos a los niveles inferiores es necesarios en las estaciones de distribución y suministro del usuario final. Transformadores de transfieren energía a través de la inducción electromagnética, que permite el paso controlado abajo de voltajes de CA. Comúnmente se diseñan con núcleos de acero debido a la alta saturación magnética de acero. El imán de estator induce un campo magnético giratorio en el rotor haciendo que el rotor a girar. Efectivamente, el estator es el bobinado primario de un transformador y la jaula de ardilla, la bobina secundaria. Motores de inducción de corriente alterna se utilizan en una gran variedad de aplicaciones. El motor consta de un imán externo herida inmóvil y el núcleo ferromagnético interior del rotor. Por lo general, un arreglo cilíndrico de barras conductoras formando la jaula de ardilla.

Sólo ha visto introducción de Zeus a la caracterización de los componentes magnéticos. Ahora debería entender cómo a medida B-H curvas de inductores y transformadores, mientras que identificar desconocido diseño de factores, tales como la permeabilidad relativa y vuelta número. Gracias por ver.

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