UNIVERSIDADE FEDERAL DE SANTA MARIA CENTRO DE TECNOLOGIA

PROGRAMA DE PS-GRADUAO EM ENGENHARIA ELTRICA

PROCEDIMENTO DE ENSAIO DE MATERIAIS MAGNTICOS LAMINARES

RELATRIO

Prof. Rafael Concatto Beltrame

Santa Maria, RS, Brasil

2013

SUMRIO

INTRODUO ..................................................................................................................................... 2 CAPTULO 1 QUADRO DE EPSTEIN (500 G, 25400 HZ) ......................................................... 3 1.1 Dimenses.............................................................................................................................. 3 1.2 Bobinas primria (magnetizao) e secundria (potencial) ................................................... 5 1.3 Bobinas de compensao ....................................................................................................... 6 1.4 Conexes eltricas ................................................................................................................. 7

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INTRODUO

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CAPTULO 1 QUADRO DE EPSTEIN (500 g, 25400 Hz)

1.1 Dimenses

As dimenses construtivas do Quadro de Epstein so apresentadas na Figura 1. Em

termos gerais, o quadro composto de quatro carretis de suporte s bobinas primria

(magnetizao) e secundria (potencial), no interior dos quais so depositadas as chapas de

material magntico sob anlise, e um carretel contendo duas bobinas acopladas empregadas

para compensar o fluxo disperso atravs do ar.

Os carretis de suporte s bobinas primria e secundria so dispostos na forma de um

quadro, conforme representado na Figura 1, enquanto que o carretel com as bobinas de

compensao fixado no centro do quadro.

Conforme se observa no corte AA da Figura 1, os carretis de suporte s bobinas

primria e secundria devem possuir uma dimenso interna de 6,35 x 31,75 mm e externa de

9,53 x 34,93 mm, o que implica que a parede do carretel deve possuir uma espessura de,

aproximadamente, 1,60 mm. O comprimento total do carretel de 220 mm, enquanto que o

comprimento til destinado s bobinas de 191 mm.

As bobinas de compensao, por sua vez, devem ser instaladas no centro do quadro,

em um plano perpendicular s bobinas de magnetizao e potencial, conforme representado

na Figura 1. O carretel das bobinas de compensao deve possuir um dimetro de 50,80 mm e

um comprimento de 25,40 mm. Este carretel deve possuir terminaes laterais (anteparos) em

formato circular o quadrado (por simplicidade de construo, este ltimo foi o representado

na Figura 1). Para o anteparo quadrado, a dimenso da aresta deve estar compreendida entre

102 e 114 mm, enquanto que a largura da parede do anteparo deve estar compreendida entre

6,40 e 12,70 mm.

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280

220

191

34,93

Estrutura de suportepara as bobinas

Espao destinado s bobinas primriae secundria

Bobinas mtuasde compensaodo fluxo disperso

Estrutura tubularpara suporte sbobinas

Anteparoslaterais

Corte BB(apenas espao destinado s bobinas)

Vista Lateral

Corte AA(apenas estrutura de suporte)

38,8

9

102-

114

102-

114

9,53

13,61

25,40

31,75

35,7

1

50,8

0

50,8

0

6,35

11,13

6,40-12,70

B

A

B

A

Figura 1 Caractersticas construtivas do Quadro de Epstein.

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1.2 Bobinas primria (magnetizao) e secundria (potencial)

O espao destinado s bobinas primria (magnetizao) e secundria (potencial) deve

possuir uma dimenso interna de 11,13 x 35,71 mm e externa de 13,61 x 38,89 mm, o que

implica que as camadas de bobinas no devem exceder, aproximadamente, 1,6 mm, conforme

representado na Figura 1. As bobinas devem ser uniformemente distribudas ao longo de um

comprimento de 191 mm.

Conforme representado na Figura 2, a bobina primria (magnetizao) deve ser

posicionada externamente, sobre a bobina secundria. O nmero total de espiras (700 para o

ensaio com frequncias de at 400 Hz) deve ser dividido entre os quatro carretis. Desse

modo, a bobina primria, implementada em cada carretel, deve possuir 175 espiras.

Posteriormente, as quatro bobinas sero conectadas em srie, totalizando as 700 espiras

recomendadas. A bobina primria deve, obrigatoriamente, possuir trs camadas de

enrolamentos uniformemente distribudos ao longo do carretel. Deve ser implementada com

condutores AWG 15 x 2 (dois condutores em paralelo).

J a bobina secundria (potencial), deve ser posicionada internamente, sob a bobina

primria. O nmero total de espiras (idntico bobina primria) deve ser dividido entre os

quatro carretis. Novamente, as quatro bobinas sero conectadas em srie, totalizando o

nmero de espiras recomendado. A bobina secundria deve, obrigatoriamente, possuir apenas

uma camada de enrolamentos uniformemente distribudos ao longo do carretel. Deve ser

implementada com condutores AWG 19.

Deve-se destacar que ambas as bobinas, primria e secundria, devem ser enroladas no

mesmo sentido, com o ponto de incio situado sempre no canto dos quatro carretis, conforme

representado na Figura 2. Este cuidado minimiza a diferena de potencial entre as bobinas

primria e secundria ao longo do carretel, reduzindo os erros de medida devidos

eletricidade esttica. Alm disso, uma fina camada de material isolante (de at 0,0254 mm)

deve ser inserida entre as bobinas.

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Estrutura de suportepara as bobinas

Ponto de incio dosenrolamentos(bobin-los no mesmo sentido)

Enrolamento Primrio(3 camadas)

Enrolamento Secundrio(1 camada)

Isolante

Figura 2 Detalhe construtivo das bobinas primria (magnetizao) e secundria (potencial) do quadro.

1.3 Bobinas de compensao

As bobinas de compensao do fluxo disperso atravs do ar so destinadas, como o

nome sugere, compensar o fluxo que no circula atravs do material magntico sob ensaio

ou seja, o fluxo que circula atravs do ar. Estas bobinas so montadas sob um carretel situado

no centro do Quadro de Epstein e so conectadas em srie com as bobinas do quando.

Como pode ser observado na Figura 1, as bobinas de compensao devem ser

distribudas sobre toda a extenso de seu carretel (25,40 mm), o qual posicionado

perpendicularmente ao plano do quadro.

Conforme representado na Figura 3, a bobina de compensao primria deve ser

posicionada internamente, sob a bobina secundria. O nmero total de espiras de 44. A

bobina primria deve, obrigatoriamente, possuir quatro camadas de enrolamentos

uniformemente distribudos ao longo do carretel. Deve ser implementada com condutores

AWG 13.

J a bobina de compensao secundria, deve ser posicionada externamente, sobre a

bobina primria, conforme a Figura 3. O nmero total de espiras de 270 + 10% (297). Deve

ser implementada com condutores AWG 19. No h restrio quanto ao nmero de camadas

da bobina secundria e apenas deve-se atentar para distribuir os enrolamentos uniformemente

ao longo do carretel. A margem de segurana de 10% tem o propsito de permitir a calibrao

final do Quadro de Epstein, ou seja, a compensao da indutncia mtua das bobinas do

quadro na ausncia de ncleo magntico. Este procedimento consiste de aplicar uma corrente

CA de valor eficaz entre 2 e 5 A atravs da bobina primria do quadro (magnetizao) e, caso

necessrio, retirar espiras da bobina de compensao secundria at que a tenso eficaz

induzida na bobina secundria do quadro (potencial) reduza-se a um valor inferior a 2 mV.

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Este procedimento de calibrao deve ser realizado sem a presena de ncleo magntico no

interior do quadro (ou seja, todo o fluxo magntico circula atravs do ar) e com a bobina

secundria do quadro em aberto.

Apesar da norma no ser clara, interessante que as bobinas de compensao primria e

secundria sejam enroladas no mesmo sentido. Alm disso, uma fina camada de material

isolante (de at 0,0254 mm) deve ser inserida entre as bobinas, conforme representado na

Figura 3.

Enrolamento SecundrioIsolanteEnrolamento Primrio(4 camadas)

Estrutura tubularpara suporte sbobinas

Figura 3 Detalhe construtivo das bobinas de compensao.

1.4 Conexes eltricas

Conforme representado na Figura 4, os quatro conjuntos que compem a bobina

primria (magnetizao) do quadro devem ser conectados em srie, de modo a somar os

campos magnticos. Por sua vez, a bobina magnetizante completa deve ser conectada em srie

com a bobina de compensao primria.

De modo semelhante, os quatro conjuntos que compem a bobina primria

(magnetizao) do quadro devem ser conectados em srie, de modo a somar os campos

magnticos. Por sua vez, a bobina magnetizante completa deve ser conectada em srie com a

bobina de compensao primria.

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Primrio

Bobinas deCompensao

Bobinas magnetizantee de potencial

Material magnticosob ensaio

Secundrio

Figura 4 Conexes eltricas do Quadro de Epstein.