На рис.18 изображена схема для получения петли гистерезиса на экране осциллографа.

В качестве ферромагнетика используется ферритовое кольцо с двумя обмотками N ₁ = 800,

N ₂ = 500. Длина средней линии кольца l_к = 81,7 мм, площадь сечения кольца S_к= 55,2 мм ², объем кольца V_к= 4,51 10^-6  м ³ . Сопротивление r = 1,5 кОм,  R = 75 кОм.

Переменный ток i₁, проходящий по намагничивающей обмотке, создает в сердечнике магнитное поле напряженностью H:

H =

где: N ₁- число витков намагничивающей обмотки, i₁ - сила тока в ней, l_к- длина средней линии сердечника.

Падение напряжения на сопротивлении r равно:

U_х =  i₁ r =

Следовательно, напряженность магнитного поля Н в сердечнике пропорциональна падению напряжения U _х на сопротивлении r:

H = U_ох n_х (32)

где: U _ох- цена деления сетки осциллографа вдоль оси х,

n _х- координаты произвольной точки петли в делениях оси х.

По закону электромагнитной индукции во вторичной обмотке возникает ЭДС индукции

= S _к N ₂

где S _к- площадь сечения сердечника, N ₂- число витков вторичной обмотки.

Мгновенное значение силы тока во вторичной цепи  i ₂=

Падение напряжения на конденсаторе :

U_y = 1/C i  = или B = (33)

где: U_0y - цена деления сетки осциллографа вдоль оси y,

n_у - координата произвольной точки петли в делениях оси у.

Получили, что индукция суммарного магнитного поля В в сердечнике пропорциональна напряжению на конденсаторе Uу = U _С .

Таким образом, для получения зависимости B = f(H) на экране достаточно подать переменные напряжения U_x и U_y на соответствующие входы осциллографа.

При частоте перемагничивания в объеме ферромагнетика V_к в единицу времени выделяется теплота Q, равная

Q = Q₁ V_к = S_n V_к (34)

где: S _n- геометрическая площадь петли гистерезиса.

Величину Q называют гистерезисными потерями при перемагничивании. Характеристикой материала является Q _уд -теплота, выделяющаяся за единицу времени в единице объема:

Q _уд = Q/V   (35)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

ЗАДАНИЕ 1. Снять петлю гистерезиса и определить по ней  гистерезисные потери.

1. Для получения петли гистерезиса на экране осциллографа С1-93 выполните следующие операции:

а) подайте сигналы на входы "Х" и "1М 30рF" одного из каналов;

б) установите переключатель режима работы усилителя на требуемый канал;

в) поставьте переключатель "V/дел" в положение 0,02; при этом ручка " "должна быть установлена в крайнем правом положении;

г) потенциометром П1 добейтесь максимальной площади петли гистерезиса, положение ручек осциллографа после этого менять нельзя.

2. Снимите петлю гистерезиса на миллиметровую бумагу и определите, сосчитав миллиметровые клеточки, ее геометрическую площадь S_n. Оцените погрешность   S.

Более точно определить площадь можно планиметром или путем взвешивания на торсионных весах.

1. По формуле (34) определите гистерезисные потери Q. Найдите погрешность этой величины   Q.

2. По формуле (35) рассчитайте Q _уд для феррита.

Задание 2.  Снять начальную кривую намагничения  (зависимость В от Н) и зависимость относительной магнитной проницаемости   от Н.

1. Уменьшая напряжение в первичной обмотке потенциометром П1, получают на экране осциллографа семейство петель гистерезиса (не менее 7).Для каждой из них снимают координаты вершины n_x, n_y. Измерения проводят до тех пор, пока петля не стянется в

начало координат. Перед записью координат следует убедиться, что петля стягивается в начало координат.

2. Полученные координаты вершин петель определяют положение начальной кривой намагничения. По формулам (32) и (33) вычислите значения Н и В и постройте начальную кривую намагничения.

3. Используя соотношение (30), рассчитайте относительную магнитную проницаемость   феррита как функцию Н. Постройте график.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ.

Формулы для вычисления Н и В можно привести к виду:

H = ;  B =  ;

где:   = 6,528 м^-1 Oм^-1,   = 2,717 м^-2 с , U_ox = 3,5 В/дел,

U_oy = 0,02 В/дел, n_x и n_y - координаты в делениях шкалы осциллографа.

Формулу (34) расчета гистерезисных потерь удобно привести к виду:

Q = S

где: = 4,00 10  А В , n = 12 мм/дел , n   = 12,5 мм/дел .

Формула для расчета абсолютной погрешности   Q имеет вид:

Q = Q

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1. Поясните происхождение остаточной намагниченности и коэрцитивной силы.

2. Объясните ход кривой намагничения.

3. Какие характеристики ферромагнетика можно определить на основе кривой намагничения?

4. С какими магнитными характеристиками следует выбирать сталь для трансформаторов?

ЛИТЕРАТУРА: [2. § 59]

РАБОТА 8. ИССЛЕДОВАНИЕ НАЧАЛЬНОЙ КРИВОЙ НАМАГНИЧЕНИЯ

 ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СТАЛИ.

 ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Освоить метод амперметра и вольтметра для получения начальной кривой намагничения.

2. Рассчитать значения В, J и   как функции Н.

3. Построить графики зависимостей В , J и от Н.

Теория дана в работе 7.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

Рис.19

Схема установки приведена на рис.19. Исследуемый образец ферромагнетика - сердечник трансформатора имеет форму прямоугольного ярма. Намагничивающая обмотка содержит N₁  = 1390 витков, а измерительная N₂ = 44 витка. По намагничивающей обмотке пропускают переменный ток i промышленной частоты . Напряженность магнитного поля Н, создаваемая в намагничивающей катушке, рассчитывается по формуле:

 

H = (36)

где: l - средняя длина сердечника трансформатора (l = 0,22 м).