instrumento virtual para la determinación del lazo de histeresis en

instrumento virtual para la determinación del lazo de histeresis en

INSTRUMENTO VIRTUAL PARA LA DETERMINACIÓN DEL
LAZO DE HISTERESIS EN MATERIALES MAGNÉTICOS
BLANDOS (FERRITAS)
L.H. Porragas-Beltrán a, O.E. Ayala-Valenzuela b, A. Lara-Rodríguez c
Universidad Veracruzana a
Centro de investigación en Materiales Avanzados S.C.b
Instituto Tecnológico de Chihuahua c
Resumen.
tamaño y peso del equipo electrónico. Los
Se presenta un instrumento de medición
dispositivos magnéticos como es el caso de
asistido por una computadora personal para
los inductores y los transformadores de
graficar lazos de histéresis de materiales
potencia son los que en realidad repercuten
magnéticos blandos, especialmente ferritas
de manera directa en las dimensiones finales
blandas. El instrumento de medición se
del equipo.
implementó usando instrumentación virtual
materiales magnéticos blandos (ferritas) son
mediante LabVIEW®. Las pérdidas por
dispositivos ideales para las demandas
histéresis y potencia se determinan a partir
actuales, ya que pueden fabricarse en
de los datos obtenidos mediante el sistema
tamaños reducidos y con un desempeño
de medición y se muestran como una familia
aceptable en altas frecuencias y altas
de curvas en función de la frecuencia,
potencias.
densidad de flujo magnético y temperatura.
Uno de los principales problemas en el
Los rangos de operación van de 10KHz a
empleo de materiales magnéticos es su no
100KHz, y las densidades de flujo de 2000
linealidad, lo cual hace que sea muy difícil la
Gauss a 4000 Gauss y -10°C a 110°C.
caracterización de los mismos en los
Introducción.
simuladores
El creciente desarrollo en el campo de la
Aunque
electrónica de potencia demanda un mayor
proporcionan un modelo de su material
grado de integración en los dispositivos
magnético, la comparación entre diferentes
empleados; es decir, una reducción en el
fabricantes
En base a lo anterior los
de
los
es
circuitos
electrónicos.
fabricantes
normalmente
muy
difícil,
ya
que
normalmente la información es diferente y
comportamiento
generalmente incompleta.
encerrada en la curva de histéresis es
En base a lo anterior, es necesario que el
proporcional a las pérdidas de potencia que
usuario cuente con algún instrumento que le
existen en un ciclo de C.A.
proporcione una información más completa
Objetivo
acerca de las características magnéticas del
Realizar un instrumento que facilite la
material, las cuales sirvan de punto de
integración de las características magnéticas
comparación entre diferentes fabricantes.
de un material proporcionando un ambiente
Algunas pruebas realizadas para estas
amigable al usuario, con opciones de
caracterizaciones son válidas solo en baja
almacenamiento
frecuencia, ya que para altas frecuencias su
información para su posterior análisis y/o
exactitud
comparación con muestras de diferentes
es
cuestionable.
En
altas
del
y
mismo.
El
procesamiento
área
de
frecuencias la aparición de los efectos
fabricantes.
parásitos en los diversos dispositivos es un
Desarrollo
parámetro que repercute en una buena
Se implementó un método indirecto de
caracterización del material magnético, por
medición a mediante la determinación del
lo que es mas recomendable el empleo de
voltaje y la corriente presentes en el núcleo.
una
el
El núcleo bajo prueba (DUT) es excitado
procesamiento y acondicionamiento de la
mediante la aplicación de un voltaje de
señal, o en determinado momento las
frecuencia variable al devanado primario,
compensaciones necesarias para la reducción
generándose un flujo magnético en el
de los efectos parásitos.
núcleo. El voltaje inducido es medido en el
El presente trabajo es una recopilación de
devanado
todas las recomendaciones anteriores, con la
magnética B(t) puede ser determinada a
finalidad de obtener una caracterización
partir del voltaje acorde a la ley de inducción
completa y confiable de las características
de la siguiente expresión (1):
computadora
para
realizar
magnéticas de un material. El lazo de
histéresis es uno de los parámetros mas
secundario,
B (t ) =
1
N s Ae
y
la
∫ v (t )dt
s
inducción
(1)
importantes en la caracterización de un
para la medición de la corriente se conectó
material
posee
una resistencia sensora de corriente al
completa acerca del
devanado primario del núcleo bajo prueba
magnético
información
muy
ya
que
con el objeto de obtener la intensidad de
campo magnético H(t) mediante la ley de
ampere como se muestra en la expresión 2:
H (t ) =
i p (t ) N p
le
=
v R (t ) N p
R * le
(2)
Las señales se alimentan a un osciloscopio
digital para su almacenamiento y posterior
retransmisión a la PC donde se procesan y
despliegan los resultados.(ver figura 1)
Figura 1.
Resultados
Referencias
El lazo de histéresis obtenido presentó el
mínimo error realizando las mediciones con
el mínimo de distorsión en la señal del
voltaje inducido la cual era mayor a bajas
frecuencias
La caída de voltaje en la resistencia sensora
de corriente, causa distorsión en la forma de
onda del voltaje inducido, por lo que se hace
necesario que los efectos parásitos de la
misma (capacitivos principalmente) sean
mínimos.
La implementación de un sistema de
corrección digital proporciona una mejor
estabilidad sin producir oscilaciones en el
lazo de retroalimentación. Los lazos de
retroalimentación digital no necesariamente
deben ser dinámicos. Las distorsiones se
presentan principalmente en los niveles de
saturación del núcleo bajo prueba y cuando
se presentan picos pronunciados de corriente
(los cuales alcanzan los niveles de saturación
del núcleo).
y
cuando
la
señal
de
alimentación tenía un mayor contenido
armónico. Para cada muestra fue necesario la
obtención de una familia de lazos a
diferentes frecuencias y temperaturas con el
objeto de poder tener una mayor información
acerca del comportamiento del material bajo
diferentes condiciones.
Conclusiones.
Para caracterizar a un núcleo, es necesario la
obtención de familias completas de curvas
que describan el comportamiento del mismo.
1. Magnetic
Materials
Producers
Association, “Soft Ferrites Manuals”,
MMPASFG-98
2. “Evaluation
of
Several
Factors
Affecting Inductance Measurement of
Ferrite
Components”,
Barbara
Livermore and Jan M. Van del Poel,
Amperex electronic Corp., 1982 Coil
Winders Show.
3. “Comparations of High Frequency
Magnetic Core Losses Under Two
Different
Driving
Conditions:
A
Sinuoidal Voltage and a Square-Wave
Voltage”, D.Y. Chen, General Electric
Corporation R & D, Solid State Power
Conversion,
November
/
December
1978.
Joseph Thottuvelil, Thomas G. Wilson
and Harry A. Owen Jr.
4. “A Simple Method to Determine
6. “Automatic Hysteresisgraph Speeds
Dynamic Hysteresis Loops Of Soft
Accurate Analysis of Soft Magnetic
Magnetic Material”, N. Schmidt and H.
Materials”,
Güldner.
Scientific, Inc. Worcester Massachusetts.
5. “High-Frequency
Measurement
Techniques for Magnetic Cores”,V.
Costa del Sol # 138-1
Fracc. Costa Verde C.P. 92940
Boca del Rio, Veracruz.
Email: [email protected]
[email protected]
[email protected]
John
Buck,
Walker