Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina Departamento de Eletrônica Retificadores. Prof. Clóvis Antônio Petry.

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Centro Federal de Educação Tecnológica de Santa Catarina

C

ç

g

S

C

Departamento de Eletrônica

Retificadores

Força Magnetizante, Histerese

e Perdas Magnéticas

Prof. Clóvis Antônio Petry.

Florianópolis, setembro de 2007.

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Nesta aula

Capítulo

Capítulo 1111:: CircuitosCircuitos magnéticosmagnéticos Capítulo

Capítulo 1111:: CircuitosCircuitos magnéticosmagnéticos

1. Força magnetizante; 2. Histerese;

3 Perdas magnéticas 3. Perdas magnéticas.

(3)

Força magnetizante

Relação entre os vetores densidade de campo magnético Relação entre os vetores densidade de campo magnético Relação entre os vetores densidade de campo magnético Relação entre os vetores densidade de campo magnético e campo magnético indutor:

e campo magnético indutor:

NI

ℑ

NI

H

l

=

H

l

ℑ

=

H = força magnetizante (A/m)

⋅

= força magnetomotriz (A/Wb)

l = comprimento (m)

⋅ ℑ

⋅ l comprimento (m)

⋅

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Força magneto

Força magneto motriz

motriz

Força magneto

Força magneto--motriz

motriz

FMM FMM::

• Força magneto-motriz (FMM) é a causa da produção do fluxo no núcleo de um circuito magnético;

• Unidade de medida: Ampère-espira [Ae]Unidade de medida: Ampère espira [Ae].

FMM

= ⋅

N I

B

l

μ

⋅ ⋅

=

l

N I

H

=

⋅

H

l

FMM

H

=

_FMM

_{H l}

• FMM em [Ae];H [A / ]

H

l

=

_FMM

₌

_{H l}

_⋅

• H [Ae/m]; • l [m].

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Força magnetizante

O

O campocampo eletromagnéticoeletromagnético dependedepende basicamentebasicamente dede:: O

O ca poca po e et o ag ét coe et o ag ét co depe dedepe de bas ca e tebas ca e te dede

• Da intensidade da corrente;

• Da forma do condutor (reto, espira ou solenóide); • Do meio (permeabilidade magnética);Do meio (permeabilidade magnética);

• Das dimensões;

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Força magnetizante

Relação

Relação densidadedensidade dede fluxofluxo ee forçaforça magnetizantemagnetizante::

B

=

μ

H

e ação

e ação de s dadede s dade dede u ou o ee o çao ça ag et a teag et a te

Variação de μ com a força magnetizante

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Dipolos magnéticos

Dipolos magnéticos revisão

revisão

Dipolos magnéticos

Dipolos magnéticos -- revisão

revisão

Dipolos

Dipolos magnéticospp magnéticos::gg

- Determinam o comportamento dos materiais num campo magnético;

- Tem origem no momentum angular dos elétrons nosTem origem no momentum angular dos elétrons nos íons ou átomos que formam a matéria.

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Dipolos magnéticos

Dipolos magnéticos revisão

revisão

Dipolos magnéticos

Dipolos magnéticos -- revisão

revisão

Dipolos

Dipolos magnéticosmagnéticos Dipolos

(9)

Magnetismo atômico

Magnetismo atômico revisão

revisão

Magnetismo atômico

Magnetismo atômico -- revisão

revisão

Magnetismo

Magnetismo atômicoatômico:: Magnetismo

Magnetismo atômicoatômico::

- 2 elétrons ocupam o mesmo nível energético; - Estes elétrons tem spins opostos;

Subníveis internos não completos dão origem a um - Subníveis internos não completos dão origem a um momento magnético não nulo.

(10)

Domínios magnéticos

Domínios magnéticos revisão

revisão

Domínios magnéticos

Domínios magnéticos -- revisão

revisão

Domínios

Domínios magnéticosmagnéticos::gg

- Espaços de alinhamento unidirecional dos momentos magnéticos;

- Geralmente tem dimensões menores que 0,05 mm;Geralmente tem dimensões menores que 0,05 mm; - Tem contornos identificáveis, similar aos grãos.

(11)

Domínios magnéticos

Domínios magnéticos revisão

revisão

Domínios magnéticos

Domínios magnéticos -- revisão

revisão

Alinhamento

Alinhamento dosdos domíniosdomínios:: Alinhamento

Alinhamento dosdos domíniosdomínios::

(12)

Curvas de magnetização

(13)

Curvas de magnetização

NI

H

↑

H

l

↑=

(14)

Histerese

Magnetização remanente Magnetização remanente

Circuito magnético para obter a curva de histerese

(15)

Histerese

Curva

Curva normalnormal dede magnetizaçãomagnetização parapara materiaismateriais ferromagnéticosferromagnéticos:: Curva

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Perdas magnéticas

Correntes

Correntes parasitasparasitas:: Correntes

Correntes parasitasparasitas::

- Induzidas no núcleo, devido ao mesmo ser, normalmente, de material ferromagnético.

Perdas

Perdas porpor histeresehisterese::

- Trabalho realizado pelo campo (H) para obter o fluxo (B);( );

- Expressa a dificuldade que o campo (H) terá para orientar

orientar

os domínios de um material ferromagnético.

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Efeito de proximidade e efeito pelicular

Efeito

Efeito dede proximidadeproximidade::pp

-Relaciona um aumento na resistência em função dos campos magnéticos produzido pelos demais condutores colocados nas adjacências

nas adjacências.

Efeito

Efeito pelicularpelicular (efeito(efeito skin)skin)::

R t i ã d d t f üê i l d

-Restringe a secção do condutor para freqüências elevadas. -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.

7 5

7,5

[

]

s

cm

f

Δ =

Profundidade de penetração

(18)

Classificação dos materiais

Classificação

Classificação quantoquanto aoao alinhamentoalinhamento magnéticomagnético:: Classificação

Classificação quantoquanto aoao alinhamentoalinhamento magnéticomagnético::

- Materiais magnéticos moles – não retido;

- Materiais magnéticos duros – permanentemente retido.

Classificação

Classificação quantoquanto aa susceptibilidadesusceptibilidade ee permeabilidadepermeabilidade::

- Diamagnéticos;g ; - Paramagnéticos; - Ferromagnéticos; - Ferrimagnéticos;Ferrimagnéticos; - Antiferromagnéticos.

(19)

Materiais magnéticos moles

Característica

Característica geralgeral::gg

- Não apresentam magnetismo remanente.

(20)

Materiais magnéticos duros

Característica

Característica geralgeral::gg

(21)

Materiais diamagnéticos

Características Características::

- Apresentam susceptibilidade negativa ≈ 10-5_;

- Permeabilidade abaixo de 1, μ < 1;

(22)

Materiais paramagnéticos

- Apresentam susceptibilidade positiva ≈ 10-5_-10-3_;

- Permeabilidade acima de 1, μ > 1;

(23)

Materiais ferromagnéticos

- Apresentam alta susceptibilidade;

- Permeabilidade muito maior que 1, μ >> 1; - Exemplos: ferro níquel cobalto cromo etcExemplos: ferro, níquel, cobalto, cromo, etc.

(24)

Materiais ferrimagnéticos

- Apresentam características semelhantes aos ferromagnéticos; - Os momentos antiparalelos não são exatamente iguais;

- Magnetização resultante não é nula;ag et ação esu ta te ão é u a;

- Exemplo: ferrites, possuem rapidez na resposta da magnetização e alta resistividade.

(25)

Materiais antiferromagnéticos

- Apresentam características semelhantes aos ferromagnéticos; - Os momentos antiparalelos são iguais;

- Magnetização resultante é nula;Magnetização resultante é nula;

(26)

Fluxo magnético versus temperatura

(27)

Permeabilidade versus temperatura

T t d C i

(28)

Núcleos magnéticos

Perdas

Perdas magnéticasmagnéticas:: Perdas

Perdas magnéticasmagnéticas::

- Por correntes de Foucault; - Perda por histerese.

Perdas

Perdas dependemdependem dede::

- Metalurgia do material; - Porcentagem de silício; - Freqüência;

- Espessura do material;p

(29)

Núcleos magnéticos

Núcleos Núcleos:: - Laminados

- Ferro – silício de grão não orientado; - Ferro – silício de grão orientado.Ferro silício de grão orientado.

- Compactados - Ferrites;

- Pós metálicos - Pós metálicos.

(30)

Características versus aplicações

Freios

Freios magnéticosmagnéticos:: Freios

Freios magnéticosmagnéticos::

- Alta resistividade.

Estabilizadores

Estabilizadores dede tensãotensão ee acionamentosacionamentos::

- Operação na saturação. + ) t ( vs w Memórias Memórias::

- Laço de histerese retangular.

-Reator Saturável vo w( t) ) t ( vi w Imãs

Imãs permanentespermanentes::

(31)

Materiais empregados em núcleos magnéticos

Ferro

Ferro:: alta permeabilidade, ciclo histerético estreito e baixap ,

resistividade.

Ligas

Ligas degg de ferroferro--silíciosilício:: até 6,5% de silício, mas se torna quebradiço.q ç

Máquinas estáticas usam mais Si do que máquinas girantes.

Imãs

Imãs permanentespermanentes:: devem ter elevado magnetismo residual, por isso Imãs

Imãs permanentespermanentes:: devem ter elevado magnetismo residual, por isso

usam materiais duros.

Ferrites

Ferrites:: sinterização de óxidos metálicos possuindo alta resistividade.ç p

Usados em altas freqüências devido a alta resistividade.

Ligas

Ligas ferroferro--níquelníquel:: permalloy (78 5% de Ni) tem alta permeabilidade Ligas

Ligas ferroferro níquelníquel:: permalloy (78,5% de Ni) tem alta 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

(32)

Materiais empregados em núcleos magnéticos

(33)

Núcleos magnéticos laminados

Perdas

Perdas magnéticasmagnéticas emgg em lâminaslâminas dede FeFe--SiSi::

- 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 silícioChapas de cristais orientados 3,1% de silício - @ 400 Hz; 1,3 T = 2 W/kg. 0,5a g Chapas de formato I 1,5a 2a g Entreferro Fendas para os parafusos