Materiais Elétricos - Aula 26v2

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MATERIAIS ELÉTRICOS AULA 26 APLICAÇÕES DE MATERIAIS MAGNÉTICOS Professor Antonio A Pereira Jr [email protected]

Correntes parasitas Nos núcleos ferromagnéticos, sujeitos a variações de campos magnéticos, assim como as bobinas que os envolvem, surgem correntes elétricas, conhecidas como correntes parasitas ou correntes de Foucault. Tais correntes, ao circularem nos núcleos, causam perdas por efeito joule. Para reduzir tais correntes, utiliza-se 2 princípios: 1. Núcleos laminados 2. Aumento da resistividade do material ferromagnético.

Núcleos Laminados •Utilização de chapas laminadas recobertas com finas camadas de isolante, justapostas em planos perpendiculares ao sentido da corrente parasita e paralelos ao sentido do fluxo magnético. •Quanto mais fina a chapa utilizada, menor a corrente parasita e maior a quantidade de chapas para atingir a área útil da seção transversal do núcleo necessária ao projeto. •Aumenta também o número de camadas isolantes.

Núcleos Laminados Por mais fina que seja a camada isolante, ela vai sempre contribuir para o aumento do volume do núcleo necessário ao projeto, aumentando o diâmetro da bobina e o comprimento do fio enrolado. Normalmente são utilizadas lâminas entre 0,3mm e 1mm de espessura. Excepcionalmente, lâminas de 0,03mm a 2mm são utilizadas. Adição de silício ao ferro, aumenta a resistividade das e reduz ainda mais a corrente parasita e perdas nas lâminas. Teor de Si máximo de 3% aumenta endurecimento da chapa e dificuldades no corte.

Núcleos Laminados O corte das chapas deve fazer coincidir as linhas de campo magnético com o eixo preferencial de magnetização (e.p.m.) para reduzir perdas por anisotropia. Variações no e.p.m. de cristais deformados no processo de corte a frio devem ser recompostas por recozimento. Uso de lâminas em formato de “I”, anguladas em 45 graus nas extremidades, permitem o uso do campo na direção de e.p.m. em todo o percurso do fluxo magnético.

Laço de Histerese - revisão •Saturação •Fluxo remanescente Br •Quanto maior Hc, maior a área do laço de histerese e as perdas por histerese.

Máquinas girantes Ferro fundido normal e mais barato (maior % de carbono) •Fluxo B varia de 0,6 a 0,9T •Resiste à tração de 120 N/mm2 •Permeabilidade relativa máxima de 240 Ferro fundido temperado (> 2,11% de carbono) •Resistência à tração triplica com a têmpera •H coercitivo cai a aproximadamente ¼ (140A/m) •O fluxo B dobra em relação ao ferro fundido comum Aço fundido (0,008 a 2,11% de carbono) •Mais caro, com maior fluxo B e resistência à tração.

Máquinas girantes Chapas (lâminas) de Ferro Silicioso •A adição de silício elimina o carbono e reduz o oxigênio •Maior permeabilidade que o aço •Menor Hc e perdas por histerese que o aço •Para aplicações em máquinas móveis, prefere-se chapas laminadas a frio que, embora tenham perdas maiores que as laminadas a quente quando o campo magnético está alinhado ao e.p.m, tem perdas por anisotropia bem menores quando o eixo da máquina gira.

Núcleos Compactados (Ferrites) Pós metálicos são sinterizados sob elevadas pressões e temperaturas que variam de 1/3 a 2/3 da temperatura de fusão, de forma a tornar plásticas as superfícies dos grãos que, após resfriamento, se aglutinam em uma peça com formato e resistência mecânica bem definidos, que são utilizados como núcleos ferromagnéticos. Seguem exemplos de composição de ferrites utilizados como imãs permanentes com magnetismo residual (Br) 0,03C+16Co+18Mo+65,97Fe Br varia de 0,9 a 1,2 T 32Ni+15Al+52Fe+1Te Br varia de 0,6 a 0,7 T 0,03C+10Co+30Ni+15Al+6Cu+38,97Fe Br de 0,58 a 0,70 T

Materiais ferromagnéticos para altas frequências Para que os domínios magnéticos respondam a altas frequências com redução de perdas de polarização e aumento da resistividade, são utilizados ferrites especiais, onde pós de Fe203, com acréscimos de substâncias como Al, Si, Cr e Ni, são aglomerados em uma resina de elevada resistividade e baixa polarização, como polistirol e fenolformaldeídos. Recomenda-se pós bem finos em resinas com profunda aglomeração, para elevar a isolação e reduzir as perdas por histerese.

Materiais ferromagnéticos para altas frequências A permeabilidade magnética (µ) desses materiais é bem reduzida pela presença das resinas. Quanto maior a frequência de trabalho, menor o µ: •Para uso até 100 kHz, µ varia entre 5 e 50 •Para uso até 5 MHz, µ varia entre 3 e 5 •Para uso acima de 5 MHz, µ é menor do que 3 O envelhecimento da resina pode alterar as características Aplicações em núcleos de bobinas de filtros, geradores e transmissores de rádio frequência, com pequeno volume de material e induções elevadas.

Imãs Permanentes Ligas de aço-carbono •com cerca de 3% de cromo e aditivos como silício e tungstênio, •sofrem envelhecimento magnético devido a campos alternados, temperaturas e deformações estruturais. Ligas de aço-cobalto •Liga de aço-cobalto com maior magnetismo residual e ponto de saturação •Magnetismo residual é aumentado adicionando-se elementos como cromo, tungstênio, molibdênio e Mg.

Imãs Permanentes Ligas de aço sem carbono •Fe-Ni-Al com acréscimo de elementos como cobre •Força coercitiva de até 10 vezes a do aço-carbono quando aumenta a concentração de Ni e Al, mas cai o magnetismo residual com a redução de Fe.

Ligas de ferro-níquel Variando o % de níquel são obtidos diversos materiais, cuja frequência de trabalho aumenta com o % de Ni. Permalloy (70% a 90% de Ni) •A permeabilidade aumenta com a velocidade de resfriamento. •Baixa resistividade – pode ser aumentada adicionando-se 5% de cobre e 3% de cromo. •Permeabilidade varia de 7.000 a 800.000, dependendo dos componentes da liga. •Aplicações em telecomunicações, tais como núcleos de transformadores, relés, bobinas, blindagens magnéticas.

Ligas de ferro-níquel Permalloy B e C •Acrescenta-se molibdênio e magnésio para reduzir a sensibilidade mecânica e à temperatura. •Permalloy-C permite fácil usinagem e tem baixas perdas por histerese. •Quanto maior Hc, maior a área do laço de histerese e as perdas por histerese.

Outros tipos de liga Ligas de alumínio-ferro-silicio (alsifer Al-Si-Fe) •Peças fundidas devido à dureza do material • resistividade elétrica de aproximadamente 0,8 Ω.mm2/m •Aplicações em ferrites e núcleos de instrumentos de medida. Ligas de ferro-cobalto (50 a 70%) •Saturação elevada, em torno de 2,5T •Aplicações em capsulas telefônicas, auto falantes, etc.