Modelización de la histéresis magnética y su aplicación al cálculo numérico en máquinas eléctricas
Authors:   , Blas del Hoyo Alfredo de 
Published: July 2023

El presente documento es la tesis doctoral de Alfredo de Blas del Hoyo, dirigida por el Dr.Ing. Ramón Bargalló Perpiñá, realizada en el marco del programa de doctorado de Ingeniería Electromecánica del Departamento de Ingeniería Eléctrica de la Universidad Politécnica de Cataluña. El trabajo de investigación realizado trata sobre la modelización de la histéresis magnética y su aplicación al cálculo numérico. En concreto se trata de aportar un sistema de cálculo que permita considerar el efecto de la histéresis en la determinación de la distribución del campo magnético en los núcleos ferromagnéticos de las máquinas eléctricas. Lo aquí expuesto es fácilmente extrapolable a otros sistemas que empleen materiales ferromagnéticos.<br/>Se han analizado y comparado los modelos de histéresis más difundidos. Fruto de la comparación se ha elegido el modelo más adecuado para nuestro ámbito de aplicación, el modelo de Preisach. Dicho modelo es analizado exhaustivamente, no solo en sus fundamentos y propiedades, sino que también se comparan los diversos métodos de caracterización y desarrollo, determinando cual es la opción más apropiada. Nuestra propuesta es el modelo de Preisach caracterizado por el método de Mayergoyz y desarrollado directamente a partir de su definición algebraica o bien mediante integrales de Everett.<br/>Basándonos en una idea de G. Bertotti, desarrollamos también un modelo de Preisach dinámico. Además proponemos un modelo de Preisach completamente inverso, necesario en problemas en los que la ecuación de difusión del campo magnético se formula en A-U.<br/>Para caracterizar el modelo de Preisach mediante el método de Mayergoyz hemos desarrollado un ensayo basado en el método balístico que permite obtener de una forma económica los datos experimentales necesarios. También se investiga la forma de obtener estos datos experimentales mediante el método histeresigráfico, para ello desarrollamos un equipo automático controlado por ordenador que empleamos además para determinar llas características magnéticas de las muestras.<br/>La combinación del modelo de Preisach con los métodos numéricos se realiza mediante una aplicación, la determinación del campo, flujo y pérdidas magnéticas disgregadas en el núcleo de un transformador monofásico de 220V/380V y 1,3kVA.
This document is the doctoral thesis of Alfredo de Blas del Hoyo, directed by Dr. Ramón Bargalló Perpiñá, made in the context of the doctorate program of Electromechanics Engineering of the Electric Engineering Department of the Polytechnic University of Catalonia.<br/>This researching work is about the modelization of the magnetic hysteresis and its application to numeric calculus. Actually it treats to contribute a calculus system that allows consider the effect of magnetic hysteresis on the determination of the magnetic field distribution inside the ferromagnetic cores of electric machines. This study is easy to extrapolate to other systems with ferromagnetic materials.<br/>We have analyzed and compared the most spread models of hysteresis. Result of this comparison we have chosen the model most suitable for our scope of application, the model of Preisach. This model is exhaustively analyzed, not only on its foundation and on properties, but several methods of characterization and development are compared. Our proposal is the Preisach model characterized by the method of Mayergoyz and developed directly from its algebraic definition or with Everett integrals.<br/>From an idea by G. Bertotti we develop a dynamic generalization of the model of Preisach. We propose also a full inverse model of Preisach. The inverse model is necessary in problems where the diffusion equation of magnetic field is formulated in A-U. To characterize the model of Preisach with the method of Mayergoyz we have developed a procedure based on the ballistic method that allows obtain in a cheap way the experimental data required. We also research the way to obtain this experimental data with the hysteresigraphic method, developing an automatic device controlled by computer. This device is also used to obtain the magnetic characteristics of the samples.<br/>The combination of the model of Preisach with numeric methods is carry out by means of an application, the determination of magnetic field, magnetic flux and core losses on a single - phase transformer of 1,3kVA and 220V / 380V.