Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
Un certificado de material indica el comportamiento de una chapa de acero eléctrico en condiciones de ensayo controladas. No indica cómo se comportará ese material tras ser perforado, apilado, entrelazado, pegado, soldado o sujetado.
Esa diferencia es importante.
Una lámina que cumple los requisitos puede acabar formando una pila de laminación defectuosa. La tensión de corte puede reducir la permeabilidad. Las rebabas pueden unir capas adyacentes. La soldadura puede generar calor, tensiones residuales y trayectorias de corriente no deseadas. La pila sigue pareciendo correcta. Desde el punto de vista dimensional, también puede pasar la inspección.
Desde el punto de vista magnético, quizá no.
Ninguna medida por sí sola lo explica todo. Hay que interpretar los tres resultados en su conjunto.
El acero eléctrico se fabrica en láminas finas y aisladas para limitar la circulación de corrientes parásitas. Una vez que esas láminas entran en la línea de producción, su comportamiento magnético puede variar.
Entre las causas más comunes se encuentran:
Los efectos no siempre se manifiestan de la misma manera.
Un cortocircuito provocado por una rebaba puede provocar un claro aumento de la pérdida en el núcleo de CA, mientras que la curva de magnetización a baja frecuencia solo varía ligeramente. La tensión mecánica puede reducir la permeabilidad y aumentar la corriente de excitación, aunque la densidad de flujo de saturación se mantenga prácticamente inalterada. Un problema en la unión puede hacer que el núcleo completo presente un aspecto peor que el de una muestra anular fabricada con el mismo lote.
Por eso, en los ensayos magnéticos de las pilas de laminado se debe separar calidad del material, efectos de fabricacióny efectos del montaje final.
| Prueba | Qué mide | Lo que puede revelar | Condiciones esenciales de ensayo |
|---|---|---|---|
| Ensayos de permeabilidad | Relación entre la densidad de flujo magnético y el campo aplicado | Tensión de corte, huecos de aire, uniones defectuosas, errores de orientación, aproximación a la saturación | Frecuencia, densidad de flujo, orientación del material, forma de onda, geometría de la probeta |
| Pruebas de pérdidas en el núcleo | Energía disipada en forma de calor por ciclo o por segundo | Rebabas, daños en el recubrimiento, efectos de la soldadura, pérdidas dinámicas, trayectorias excesivas de corrientes parásitas | Frecuencia, densidad de flujo máxima, forma de onda, temperatura, masa |
| Prueba del bucle B-H | Respuesta magnética completa durante un ciclo de excitación | Coercitividad, remanencia, permeabilidad, área del bucle, saturación, asimetría | Historial de excitación, frecuencia, forma de onda, corrección de fase, temperatura |
| Pruebas de corriente emocionantes | Corriente necesaria para establecer el flujo requerido | Alta reluctancia, huecos locales, tensiones, uniones defectuosas, saturación | Frecuencia, densidad de flujo máxima, configuración del devanado |
| Medición del factor de apilamiento | Volumen del material magnético en relación con el volumen total de la pila | Exceso de recubrimiento, huecos, ondulaciones, variaciones de espesor | Altura de la pila, masa, densidad, dimensiones de la lámina |
Las mediciones se solapan. No se sustituyen unas a otras.
La pérdida en el núcleo indica cuánta energía se está disipando. La permeabilidad muestra la intensidad con la que hay que excitar la pila. El ciclo B-H relaciona estas observaciones y, a menudo, indica por dónde seguir investigando.
En el caso de un material lineal simple:
mu = B / H
donde:
El acero eléctrico no es lineal. Su permeabilidad varía en función de la densidad de flujo, la frecuencia, la orientación del material, la tensión, la temperatura y el historial magnético. No basta con indicar un único valor de permeabilidad sin tener en cuenta esas condiciones.
mu_r = mu / mu_0
Esto permite comparar el material con el espacio libre.
mu_a = B_pico / H_pico
Esto suele resultar útil para el funcionamiento con corriente alterna. El resultado debe incluir la frecuencia de prueba y la densidad de flujo máxima.
mu_d = dB / dH
Esto representa la pendiente local de la curva de magnetización. Varía a lo largo de la curva y disminuye a medida que el material se acerca a la saturación.
La permeabilidad incremental se obtiene a partir de una pequeña excursión magnética en torno a un punto de funcionamiento de corriente continua. Es relevante cuando un núcleo magnético transporta ondulación de corriente alterna junto con la polarización de corriente continua.
Se puede utilizar una muestra de chapa para estudiar el propio material. Una pila laminada terminada incluye uniones, huecos de aire, elementos de fijación, tensión de sujeción y geometría.
Por lo tanto, el valor obtenido a partir de un núcleo acabado suele ser un permeabilidad efectiva del circuito magnético completo. No debe presentarse como la permeabilidad intrínseca del acero eléctrico.
Esa formulación evita comparaciones engañosas.
Cuando el estado magnético de una pila de laminados se invierte repetidamente, parte de la energía aportada se transforma en calor. La pérdida de energía por unidad de volumen durante un ciclo completo viene representada por el área dentro del bucle B-H.
La pérdida de potencia volumétrica puede expresarse de la siguiente manera:
P_v = f * integral(H dB)
donde:
La pérdida específica del núcleo se expresa normalmente en W/kg:
P_s = P_v / ρ
donde ρ es la densidad del material.
La pérdida en el núcleo se suele considerar como una combinación de:
P_core = P_h + P_e + P_ex
donde:
Estos componentes resultan útiles para el análisis, pero no deben considerarse como tres valores medidos directamente. Para separarlos es necesario realizar mediciones en las frecuencias y los niveles de densidad de flujo adecuados, y aplicar posteriormente un modelo de pérdidas bien definido.
En lo que respecta al control de calidad de la producción, la pérdida total en el punto de funcionamiento previsto suele ser el parámetro de aceptación más fiable.
La densidad de flujo se calcula a partir de la tensión inducida en el devanado sensor:
B(t) = [1 / (N₂ A_e)] integral(v_2(t) dt)
donde:
Una tensión inducida sinusoidal produce una forma de onda de densidad de flujo aproximadamente sinusoidal. La corriente de excitación no tiene por qué seguir siendo sinusoidal. Cerca de la saturación, a menudo se distorsiona considerablemente.
Es fácil pasar por alto esta distinción.
Dos laboratorios pueden realizar ensayos con la misma pila de laminados a la misma frecuencia y densidad de flujo nominal, pero obtener resultados diferentes en cuanto a las pérdidas si uno controla la forma de onda de la corriente y el otro controla la forma de onda de la tensión inducida.
En cada informe debe indicarse qué se ha controlado.
Un bucle B-H debe considerarse como un dato de medición, no solo como una curva gráfica.
El campo coercitivo, H_c, es el campo inverso necesario para que B vuelva a ser cero.
Un aumento del campo coercitivo puede indicar que el movimiento de los dominios magnéticos se ha vuelto más difícil. Las posibles causas son la tensión de corte, la deformación plástica, la tensión residual y las zonas afectadas por el calor.
La densidad de flujo remanente, B_r, es la densidad de flujo que permanece cuando el campo aplicado vuelve a cero.
Depende del material, de la excitación máxima, del historial magnético y de si la muestra ha alcanzado un estado cíclico estable.
El área del bucle representa la pérdida de energía por unidad de volumen por ciclo. A la misma densidad de flujo máxima y a la misma frecuencia, un área de bucle mayor implica una mayor pérdida de energía magnética.
La pendiente está relacionada con la permeabilidad. Una pendiente reducida puede indicar daños por tensiones, juntas defectuosas, huecos de aire no deseados o una orientación incorrecta del material.
Cerca de la saturación, un gran aumento de H solo produce un pequeño aumento de B. A continuación, la corriente de excitación aumenta rápidamente.
Realizar las pruebas únicamente a baja densidad de flujo puede ocultar este comportamiento. Realizarlas únicamente cerca de la saturación puede ocultar los daños causados por la permeabilidad en campos bajos. Es mejor utilizar varios puntos de funcionamiento.
Un bucle desplazado o asimétrico puede deberse a:
Invierte las conexiones de la probeta o del sistema de medición y repite la prueba. Si la asimetría se desplaza junto con el sistema de medición, es posible que el problema no esté en el material.
Utiliza muestras en tiras o en hojas sueltas para verificar el acero eléctrico de base.
Este nivel es adecuado para:
No reproduce el proceso de producción final.
Una muestra de testigo procesada debe utilizar lo mismo:
Las pilas de muestras en forma de anillo resultan útiles porque proporcionan un circuito magnético prácticamente cerrado. Ayudan a aislar los daños de fabricación sin necesidad de las complicadas uniones que presenta un componente completo.
Comprueba el conjunto completo del estator, conjunto de rotores, núcleo de transformador o componente magnético ensamblado, cuando la geometría final influye en el rendimiento.
Las pruebas del núcleo terminado recogen:
Una cadena de verificación práctica es:
Lámina entrante -> Pila de piezas procesadas -> Núcleo terminado
El momento en el que se produce el cambio en el rendimiento ayuda a identificar el proceso responsable.
| Resultado de la prueba | Posible causa | Comprobación recomendada |
|---|---|---|
| Aumenta la pérdida en el núcleo, mientras que la permeabilidad apenas varía | Puentes de rebaba, daños en el recubrimiento, cortocircuitos interlaminares | Comprueba la orientación de las rebabas, la resistencia de las capas, la soldadura y el contacto entre los bordes |
| La permeabilidad disminuye y la corriente de excitación aumenta | Tensiones residuales, tensiones de sujeción, huecos de aire, uniones defectuosas | Compara el estado antes y después del montaje; reduce la presión de sujeción o de fijación |
| El campo coercitivo aumenta tras el punzonado | Tensión de corte o deformación plástica | Prueba diferentes holguras de la herramienta y relaciones entre el filo y la superficie |
| Las pérdidas aumentan principalmente en las frecuencias más altas | Caminos de corrientes parásitas o pérdidas dinámicas | Comprueba si el aislamiento presenta daños y realiza pruebas en varias frecuencias |
| Aumentan las pérdidas tras la soldadura | Calor, tensiones residuales, puentes conductores | Comparar el número de soldaduras, su posición, su longitud y el aporte de calor |
| El bucle se vuelve asimétrico | Desviación de corriente continua, error del sensor, magnetización residual | Invertir el cableado o la muestra y repetir |
| El núcleo acabado no supera la prueba, mientras que el anillo testigo sí lo hace | Geometría del ensamblaje, holgura de la unión, ajuste a presión o sujeción | Inspeccionar todo el recorrido magnético y las tensiones de montaje |
| Los resultados varían tras reinstalar la muestra | Presión de sujeción o sensibilidad de posicionamiento | Definir el par de apriete, la alineación y el procedimiento de instalación de los elementos de fijación |
Esta tabla es un punto de partida para el diagnóstico, no una prueba de la causa principal. Confirma el mecanismo sospechoso mediante una comparación controlada.
Un pequeño error de fase entre los canales de corriente y tensión puede provocar un error considerable en la pérdida medida, especialmente cuando la pérdida magnética real es pequeña en comparación con la potencia aparente.
Otros errores habituales son:
El hecho de que la curva B-H tenga un aspecto uniforme no garantiza que la medición sea precisa. La calibración, la corrección de la desviación de los canales, las muestras de referencia y las comprobaciones de repetibilidad siguen siendo fundamentales.
Una especificación útil debería definir algo más que un valor máximo de W/kg.
Incluir:
La degradación de los productos manufacturados puede supervisarse mediante:
Aumento de la pérdida (%) = [(P_procesada – P_hoja) / P_hoja] * 100
Este porcentaje debe utilizarse junto con un límite de pérdida absoluto. No es aceptable un pequeño aumento porcentual si el material de partida ya se encuentra cerca del límite de diseño.
Para que podamos realizar un análisis técnico o elaborar un presupuesto con fundamento, facilítanos:
Estos detalles permiten analizar conjuntamente los requisitos de fabricación y los magnéticos. Es posible que un método de apilamiento de bajo coste deje de serlo si genera mayores pérdidas, calor, ruido o corriente de excitación en el producto final.
Utiliza ensayos de chapas para el material entrante, un anillo procesado o una pila de muestra para el control de la fabricación, y ensayos de núcleos acabados para evaluar los efectos del montaje. El método adecuado depende de si necesitas evaluar el material, el proceso de producción o el componente completo.
El certificado suele referirse a muestras de chapas sometidas a control. Una pila acabada incluye tensiones de corte, rebabas, daños en el recubrimiento, soldaduras, entrelazamientos, sujeciones, uniones y variaciones dimensionales. Cualquiera de estos factores puede aumentar la pérdida medida.
Sí. La permeabilidad de amplitud, diferencial e incremental pueden deducirse a partir de datos B–H adecuados. Deben indicarse la definición seleccionada, la frecuencia, la densidad de flujo y el punto de funcionamiento magnético.
No todas las rebabas visibles provocan un aumento cuantificable de las pérdidas. El mayor riesgo lo supone una rebaba o un recubrimiento dañado que forme una vía conductora a través de varias capas. La presión de contacto, la orientación de la rebaba y el método de unión influyen en el resultado.
El troquelado puede provocar una deformación plástica y tensiones residuales cerca del borde de corte. Esto puede reducir la permeabilidad, aumentar el campo coercitivo, elevar la corriente de excitación y aumentar las pérdidas en el núcleo. El efecto se hace más notable cuando el componente presenta una elevada relación entre el borde de corte y la superficie total.
Sí, es posible. La soldadura puede generar tensiones residuales, crear zonas afectadas por el calor, dañar el aislamiento y conectar eléctricamente las capas. El resultado depende de la posición de la soldadura, el número de soldaduras, su longitud, el aporte de calor y la geometría de la pila.
Resulta útil como referencia, pero no refleja todas las pérdidas provocadas por los armónicos del inversor. Las pruebas deben incluir frecuencias y formas de onda representativas cuando la excitación de alta frecuencia contribuye de manera significativa al calentamiento.
Utiliza vatios por kilogramo para comparar materiales y procesos. Utiliza los vatios totales a la hora de evaluar el calor generado por el núcleo completo. En el caso de las pilas de laminados terminadas, suele ser útil indicar ambos valores.
Utiliza suficientes puntos para cubrir el rango de funcionamiento previsto y la aproximación a la saturación. Un único punto en campo bajo puede pasar por alto el comportamiento de saturación. Un único punto en campo alto puede ocultar la degradación de la permeabilidad en campo bajo.
Las pruebas magnéticas de la pila de laminados deberían servir para algo más que para comprobar si el acero eléctrico era aceptable en el momento de su recepción.
Debería mostrar lo que ocurrió tras el corte. Tras el apilado. Tras la unión y el montaje final.
Las pruebas de permeabilidad miden la facilidad con la que el paquete de chapas transporta el flujo. Las pruebas de pérdidas en el núcleo miden la energía que se convierte en calor. La curva B-H muestra cómo cambia el estado magnético a lo largo de todo el ciclo.
Si se analizan en conjunto, estas mediciones permiten distinguir un problema relacionado con el material de uno relacionado con la fabricación, y un problema de fabricación de uno de montaje.
Si estás desarrollando una pila de laminación a medida, prepara el tipo de material, el espesor de las láminas, el plano de la pila, la frecuencia de funcionamiento, la densidad de flujo objetivo, el método de unión y el nivel de inspección requerido antes de solicitar una revisión técnica. Esa información permite evaluar la viabilidad de fabricación y el rendimiento magnético como un único problema de ingeniería.
Para agilizar su proyecto, puede etiquetar las pilas de laminación con detalles como tolerancia, material, acabado superficial, si se requiere o no aislamiento oxidado, cantidady mucho más.
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