Estudos sobre o efeito dos esforços mecânicos no comportamento de valores de parâmetros de modelos de perdas magnéticas

Abstract

O objetivo do trabalho é realizar uma contribuição com estudos experimentais e analíticos que relacionam entre si efeitos mecânicos e magnéticos no comportamento de materiais ferromagnéticos para aplicações em equipamentos elétricos. Especificadamente, sob o aspecto das perdas magnéticas, efeitos magnetomecânicos são levados em conta em análises da variação dos valores dos parâmetros de modelos de perdas magnéticas em função da intensidade de esforços mecânicos. O material estudado é um aço para fins elétricos de grão não orientado, tendo amostras com direções de corte de 0º, 45º e 90º em relação à direção de laminação. Utilizou-se uma bancada de caracterização magnética que possibilita aplicações de esforços mecânicos uniaxiais, tanto de tração quanto de compressão, e controle do fluxo magnético nas lâminas. Sob os dois tipos de carregamentos mecânicos (tração e compressão), em várias intensidades, as perdas magnéticas do material nas diferentes direções de corte são separadas em modelos que consideram duas parcelas (histerese e dinâmicas) e em três parcelas (histerese, clássicas e excedentes). O comportamento dos valores dos parâmetros de cada tipo de perdas é analisado em função da indução e dos níveis de esforços mecânicos aplicados. Os comportamentos magnéticos do material estudado, sob esforços mecânicos, obtidos experimentalmente, foram similares aos apresentados na literatura. Quando aplicados esforços de tração, ocorreu diminuição dos valores das perdas magnéticas (as curvas de perdas em função do nível de tração são relativamente próximas). Quando aplicados esforços de compressão, os valores das perdas sofreram aumentos significativos com o aumento do carregamento. Através de análises comparativas de modelos das perdas por histerese, foram determinados aqueles que melhor representam o comportamento do material utilizado nesta dissertação. Uma discussão sobre os comportamentos dos valores dos parâmetros dos modelos em função do nível de esforço aplicado também foi realizada.

Abstract: This paper aims to contribute with experimental and analytical studies relating mechanical and magnetic effects on the behavior of ferromagnetic materials for electrical equipment applications. Specifically, under the aspect of magnetic losses, magnetomechanical effects analysis are taken into account in the variation of the parameter values of magnetic loss models as a function of mechanical stress. The studied material is a non-oriented grain electric steel, having samples with cutting directions of 0º, 45º and 90º in relation to the rolling direction. The bench used allows applications of uniaxial mechanical forces, both traction and compression, and control of magnetic flux in the sheet. Under the two types of mechanical stress (tension and compression), at various intensities, the magnetic losses of the material in the different cutting directions are separated into models that consider two parts (hysteresis and dynamic) and three parts (hysteresis, classical and excess losses). The behavior of the parameter values of each type of loss is analyzed as a function of induction and the levels of applied mechanical stress. The magnetic behaviors of the studied material obtained experimentally, under mechanical stress, were similar to those presented in the literature. When tensile stress was applied, magnetic loss values decreased (tensile stress curves are relatively close). When compressive stress was applied, the loss values increased significantly when increasing the stress. Through comparative analysis of hysteresis loss models, those that best represent the behavior of the material used in this work are determined. A discussion about the model parameter values behavior as a function of the applied stress level was also performed.