Aula 18 - Força magnetizante, histerese e perdas magnéticas

Centro Federal de Educação
C
ç Tecnológica
g de Santa
S
C
Catarina
Departamento de Eletrônica
Retificadores
Força Magnetizante, Histerese
e Perdas Magnéticas
Prof. Clóvis Antônio Petry.
Florianópolis, setembro de 2007.
Nesta aula
Capítulo 11
11:: Circuitos magnéticos
1. Força magnetizante;
2. Histerese;
3 Perdas magnéticas.
3.
magnéticas
www.cefetsc.edu.br/~petry
Força magnetizante
Relação entre os vetores densidade de campo magnético
e campo magnético indutor:
ℑ
H=
l
NI
H=
l
⋅ H = força magnetizante (A/m)
⋅ ℑ = força magnetomotriz (A/Wb)
⋅ l = comprimento (m)
Força magnetomagneto-motriz
FMM:
FMM:
• Força magneto-motriz (FMM) é a causa da produção do
fluxo no núcleo de um circuito magnético;
• Unidade de medida: Ampère
Ampère-espira
espira [Ae].
[Ae]
FMM = N ⋅ I
B=
μ⋅N ⋅I
l
N ⋅I
H=
l
FMM
H=
l
FMM = H ⋅ l
• FMM em [Ae];
• H [A
[Ae/m];
/ ]
• l [m].
Força magnetizante
O ca
campo
po eletromagnético
e et o ag ét co depe
depende
de basicamente
bas ca e te de
de::
• Da intensidade da corrente;
• Da forma do condutor (reto, espira ou solenóide);
• Do meio (permeabilidade magnética);
• Das dimensões;
• Do número de espiras.
Força magnetizante
Relação
e ação de
densidade
s dade de fluxo
u o e força
o ça magnetizante
magnetizante:
ag et a te:
B = μH
Variação de μ com
a força magnetizante
Dipolos magnéticos - revisão
Dipolos
p
magnéticos
magnéticos:
g
:
- Determinam o comportamento dos materiais num campo
magnético;
- Tem origem no momentum angular dos elétrons nos
íons ou átomos que formam a matéria.
Dipolos magnéticos - revisão
Dipolos magnéticos
Magnetismo atômico - revisão
Magnetismo atômico
atômico::
- 2 elétrons ocupam o mesmo nível energético;
- Estes elétrons tem spins opostos;
- Subníveis internos não completos dão origem a um
momento magnético não nulo.
Momento - 0
Momento ≠ 0
Domínios magnéticos - revisão
Domínios magnéticos:
magnéticos
g
:
- Espaços de alinhamento unidirecional dos momentos
magnéticos;
- Geralmente tem dimensões menores que 0,05 mm;
- Tem contornos identificáveis, similar aos grãos.
Domínios magnéticos - revisão
Alinhamento dos domínios
domínios::
- Aplicando um campo magnético externo.
Curvas de magnetização
Curvas de magnetização
NI ↑
H ↑=
↑
l
Histerese
Magnetização remanente
Circuito magnético para
obter a curva de histerese
Campo coercitivo
Histerese
Curva normal de magnetização para materiais ferromagnéticos
ferromagnéticos::
Perdas magnéticas
Correntes parasitas
parasitas::
- Induzidas no núcleo, devido ao mesmo ser, normalmente,
de material ferromagnético.
Perdas por histerese:
histerese:
- Trabalho realizado
pelo campo (H) para obter o
fluxo (B);
( );
- Expressa a dificuldade
que o campo (H) terá para
orientar
os domínios de um material
ferromagnético.
Efeito de proximidade e efeito pelicular
Efeito de p
proximidade::
proximidade
-Relaciona um aumento na resistência em função dos
campos magnéticos produzido pelos demais condutores colocados
nas adjacências.
adjacências
Efeito pelicular (efeito skin)
skin)::
-Restringe
R ti
a secção
ã do
d condutor
d t para freqüências
f üê i elevadas.
l
d
-Em altas freqüências, a tensão oposta induzida se
concentra no centro do condutor, resultando em uma corrente maior
próxima à superfície do condutor e uma rápida redução próxima do
centro.
Profundidade de penetração
77,55
Δ=
[cm]
fs
Classificação dos materiais
Classificação quanto ao alinhamento magnético
magnético::
- Materiais magnéticos moles – não retido;
- Materiais magnéticos duros – permanentemente retido.
Classificação quanto a susceptibilidade e permeabilidade
permeabilidade::
- Diamagnéticos;
g
;
- Paramagnéticos;
- Ferromagnéticos;
- Ferrimagnéticos;
- Antiferromagnéticos.
Materiais magnéticos moles
Característica g
geral::
geral
- Não apresentam magnetismo remanente.
Recozimento
Materiais magnéticos duros
Característica g
geral::
geral
- Apresentam elevado magnetismo remanente.
Materiais diamagnéticos
Características:
Características:
- Apresentam susceptibilidade negativa ≈ 10-5;
- Permeabilidade abaixo de 1, μ < 1;
- Exemplos: gases inertes,
inertes metais (cobre,
(cobre bismuto,
bismuto ouro,
ouro etc.).
etc )
Materiais paramagnéticos
Características:
Características:
- Apresentam susceptibilidade positiva ≈ 10-5-10-3;
- Permeabilidade acima de 1, μ > 1;
- Exemplos: alumínio,
alumínio platina,
platina sais de: ferro,
ferro cobalto,
cobalto níquel,
níquel etc.
etc
Materiais ferromagnéticos
Características:
Características:
- Apresentam alta susceptibilidade;
- Permeabilidade muito maior que 1, μ >> 1;
- Exemplos: ferro,
ferro níquel,
níquel cobalto,
cobalto cromo,
cromo etc.
etc
Materiais ferrimagnéticos
Características:
Características:
- Apresentam características semelhantes aos ferromagnéticos;
- Os momentos antiparalelos não são exatamente iguais;
- Magnetização
ag et ação resultante
esu ta te não
ão é nula;
u a;
- Exemplo: ferrites, possuem rapidez na resposta da magnetização
e alta resistividade.
Materiais antiferromagnéticos
Características:
Características:
- Apresentam características semelhantes aos ferromagnéticos;
- Os momentos antiparalelos são iguais;
- Magnetização resultante é nula;
- Exemplo: cabeçotes de leitura de gravação magnética.
Fluxo magnético versus temperatura
Permeabilidade versus temperatura
T
Temperatura
t
de
d Curie
C i
Núcleos magnéticos
Perdas magnéticas
magnéticas::
- Por correntes de Foucault;
- Perda por histerese.
Perdas dependem de
de::
- Metalurgia do material;
- Porcentagem de silício;
- Freqüência;
- Espessura
p
do material;
- Indução magnética máxima.
Núcleos magnéticos
Núcleos:
Núcleos:
- Laminados
- Ferro – silício de grão não orientado;
- Ferro – silício de grão orientado.
- Compactados
- Ferrites;
- Pós metálicos.
metálicos
Características versus aplicações
Freios magnéticos
magnéticos::
- Alta resistividade.
Estabilizadores de tensão e acionamentos
acionamentos::
- Operação na saturação.
+
v s( wt )
-
Memórias:
Memórias:
- Laço de histerese retangular.
Imãs permanentes
permanentes::
- Elevado magnetismo
g
residual.
v i ( wt )
Reator
v o( w t )
Saturável
Materiais empregados em núcleos magnéticos
Ferro: alta p
Ferro:
permeabilidade,, ciclo histerético estreito e baixa
resistividade.
Ligas
g de ferroferro-silício
silício:: até 6,5% de silício, mas se torna q
quebradiço.
ç
Máquinas estáticas usam mais Si do que máquinas girantes.
Imãs permanentes
permanentes:: devem ter elevado magnetismo residual, por isso
usam materiais duros.
ç de óxidos metálicos p
possuindo alta resistividade.
Ferrites: sinterização
Ferrites:
Usados em altas freqüências devido a alta resistividade.
Ligas ferro
ferro--níquel
níquel:: permalloy (78,5%
(78 5% de Ni) tem alta permeabilidade,
permeabilidade
baixas perdas por histerese e força magnetizante fraca.
Deltamax – orthonic (48% de Ni) tem alta permeabilidade e laço de
histerese retangular na direção da laminação.
laminação
Materiais empregados em núcleos magnéticos
Núcleos magnéticos laminados
Perdas magnéticas
g
em lâminas de FeFe-Si
Si::
- Chapas de cristais não orientados – 2,7% de silício
- @ 400 Hz; 1,3 T = 7,5 W/kg;
- Chapas de cristais orientados – 3,1% de silício
- @ 400 Hz; 1,3 T = 2 W/kg.
Chapas de formato I
0,5a
g
Fendas para os parafusos
de regulagem e fixação
Entreferro
1,5a
2a
0,5a
0,5a
a
c
Carretel e bobinado
3a
Chapas de formato E
Suportes para fixação das chapas
e regulagem do entreferro
Núcleos magnéticos laminados
http://www.acesita.com.br
Núcleos magnéticos laminados
Núcleos magnéticos compactos
http://www.magmattec.com.br
Núcleos magnéticos compactos
Ferrite
Núcleos magnéticos compactos
Núcleos magnéticos compactos
http://www.mag-inc.com
Núcleos magnéticos compactos
Núcleos planares
http://virtual-magnetics.de
Núcleos magnéticos compactos
http://www.thornton.com.br
Na próxima aula
Capítulo 11
11:: Circuitos magnéticos
1. Lei de Ampère;
2. Fluxo;
3 Circuitos magnéticos.
3.
magnéticos
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