Relacionamento BH em Circuitos Magnéticos - Curva de Magnetização

Table of Contents:

1. Introdução
2. Relacionamento BH
   2.1 Fórmula do Relacionamento BH
   2.2 Permeabilidade
3. Relação BH para Material Não-Magnético
   3.1 Equação do Relacionamento BH
4. Relação BH para Material Magnético
   4.1 Equação do Relacionamento BH
   4.2 Curva de Magnetização
5. Explicação da Curva de Magnetização
   5.1 Alinhamento dos Dipolos
   5.2 Processo de Desmagnetização
   5.3 Processo de Magnetização
6. Aplicações Práticas do Relacionamento BH
   6.1 Importância do Design da Curva de Magnetização
   6.2 Eficiência e Perdas
   6.3 Frequência da Fonte de Alimentação
7. Conclusão

🌟 Destaques:

• O relacionamento BH é uma importante relação na análise e design de circuitos magnéticos.
• O relacionamento BH mostra a relação entre a intensidade do campo magnético e a densidade do campo magnético.
• A permeabilidade é uma característica do material que afeta o campo magnético.
• O material magnético exibe saturação em altas intensidades de campo magnético.
• A curva de magnetização é útil para o design eficiente de máquinas elétricas e transformadores.
• A escolha adequada do ponto de operação da curva de magnetização é essencial para a eficiência do motor elétrico.

Introdução

Bem-vindo de volta às palestras sobre conversão de energia. Nesta palestra, revisaremos e discutiremos outro relacionamento importante na análise e design de circuitos magnéticos: o relacionamento BH. O relacionamento BH estabelece a relação entre a intensidade do campo magnético (H) e a densidade do campo magnético (B).

Relacionamento BH

Fórmula do Relacionamento BH

De acordo com o relacionamento BH, a intensidade do campo magnético (H) produz uma densidade de campo magnético (B) em todas as partes ou meios em que existe. Essas duas variáveis do campo magnético estão relacionadas da seguinte forma: B = μ * H, onde μ é a permeabilidade do meio. A unidade para B é weber por metro quadrado.

Permeabilidade

A permeabilidade (μ) é uma característica do meio e pode ser definida como a influência do material no campo magnético. Quanto maior a permeabilidade de um material, menor será a relutância ao campo magnético. Em outras palavras, a permeabilidade (μ) é inversamente proporcional à relutância do material. Por exemplo, se a permeabilidade for alta, a relutância será baixa. A permeabilidade do vácuo (μ₀) é definida como 4π * 10⁻⁷ henry por metro.

Relação BH para Material Não-Magnético

Para um material não-magnético, como ar, alumínio, plástico, madeira e cobre, o valor da permeabilidade relativa (μᵣ) é igual a um e, portanto, μ será igual a μ₀. A densidade do campo magnético (B) será igual a μ₀ * H, com a unidade de weber por metro quadrado.

Equação do Relacionamento BH

A equação simplificada do relacionamento BH para um circuito magnético que consiste em bobina e núcleo é obtida aplicando a Lei de Ampère, onde a intensidade do campo magnético (H) é igual a (n i) / lg, e a densidade do campo magnético (B) é igual a μ₀ H, com a unidade de weber por metro quadrado.

Relação BH para Material Magnético

Para um material magnético, como ferro, cobalto, níquel, aço e ferrite, o valor da permeabilidade relativa (μᵣ) varia de centenas a milhares. Portanto, a densidade do campo magnético (B) será igual a μ₀ μᵣ H, com a unidade de weber por metro quadrado.

Equação do Relacionamento BH

A equação simplificada do relacionamento BH para um circuito magnético que consiste em bobina e núcleo é obtida aplicando a Lei de Ampère, onde a intensidade do campo magnético (H) é igual a (n i) / l, e a densidade do campo magnético (B) é igual a μ₀ μᵣ * H, com a unidade de weber por metro quadrado.

Curva de Magnetização

Com base na equação do relacionamento BH, a curva de magnetização pode ser desenhada. É evidente que, se a intensidade do campo magnético (H) for aumentada ao aumentar a corrente de magnetização (i), a densidade do campo magnético (B) aumentará linearmente. A inclinação ou ângulo dessa relação linear é igual à permeabilidade do vácuo (μ₀).

Explicação da Curva de Magnetização

A curva de magnetização mostra o comportamento da densidade do campo magnético (B) em relação à intensidade do campo magnético (H) para diferentes materiais. No caso de materiais não-magnéticos, a curva é linear na região de baixa intensidade de campo magnético. No entanto, para materiais magnéticos, a curva exibe saturação em altas intensidades de campo magnético.

Alinhamento dos Dipolos

Ao analisar um pequeno pedaço do núcleo magnético, observamos que, sem corrente, o material tem um arranjo aleatório de dipolos ou domínios. À medida que a corrente magnetizante (i) aumenta, alguns dipolos começam a se alinhar ao campo magnético e a densidade do campo magnético (B) aumenta linearmente na região de baixa intensidade do campo magnético (H). Isso ocorre porque o material apresenta alta permeabilidade (μ) e, portanto, baixa relutância ao campo magnético.

Processo de Desmagnetização

Quando a intensidade do campo magnético (H) atinge valores mais altos, apenas alguns dipolos se alinham com o campo magnético, resultando em uma maior relutância ao campo magnético e uma redução na densidade do campo magnético (B). Esse comportamento acontece na região de saturação. Na região de alta excitação magnética, a permeabilidade do material diminui, causando um aumento na relutância. Reduzindo gradualmente a corrente magnetizante (i), a densidade do campo magnético (B) também diminuirá até que todos os dipolos voltem ao arranjo aleatório quando a corrente for zero. Esse processo é conhecido como desmagnetização do material magnético.

Processo de Magnetização

Aplicar uma corrente negativa fará com que os dipolos do material magnético se alinhem em direção oposta até atingir a saturação, mas em direção oposta. Assim, o processo é semelhante à explicação da região positiva, mas em direção oposta. É importante lembrar que o processo de magnetização refere-se ao alinhamento dos dipolos do material magnético com um campo magnético aplicado.

Aplicações Práticas do Relacionamento BH

O relacionamento BH possui diversas aplicações práticas no projeto de máquinas elétricas rotativas e transformadores. O design da curva de magnetização é uma parte fundamental desse processo.

Importância do Design da Curva de Magnetização

Os projetistas de máquinas elétricas geralmente mantêm os pontos de operação dentro da região linear da curva de magnetização, ou um pouco além dela, para evitar perdas desnecessárias e garantir alta eficiência. Evitar a região não linear ou de saturação da curva de magnetização é essencial, pois requer uma corrente excessiva para obter uma pequena intensidade de campo magnético.

Eficiência e Perdas

O design eficiente de máquinas elétricas visa minimizar as perdas e maximizar a eficiência do motor. O uso adequado da curva de magnetização é fundamental para alcançar esse objetivo.

Frequência da Fonte de Alimentação

Se uma fonte de alimentação CA for aplicada a um circuito magnético, a curva de magnetização completa, com a parte positiva e negativa, será repetida 60 vezes por segundo em um sistema de 60 Hertz, e 50 vezes por segundo em um sistema de 50 Hertz.

Conclusão

Nesta palestra, exploramos o relacionamento BH, que é fundamental na análise e design de circuitos magnéticos. Discutimos a fórmula do relacionamento BH, a permeabilidade e as características da curva de magnetização. Além disso, abordamos a importância do design da curva de magnetização, a eficiência e as perdas associadas. É essencial entender e utilizar corretamente o relacionamento BH ao projetar e operar máquinas elétricas.