Ответы на контрольные вопросы

1. Свойства магнитных материалов и их параметры:

- магнитная анизотропия – разница в свойствах вдоль разных осей различная степень намагниченности.

Для Fe наиболее вдоль ребра куба, через объем.

В тех случаях, когда анизотропия в поликристаллических ферромагнетиках выражена наиболее ярко, говорят, что он обладает магнитной текстурой (текстурой доменов). Явление анизотропии используется для создания в определенном направлении повышенных магнитных характеристик.

- намагничивание в переменном поле. Процесс намагничивания сводится, во-первых, (в более слабых полях), к увеличению тех доменов, угол магнитных моментов которых составляет минимальное значение с направлением магнитного поля (процесс смещения границ доменов). Во-вторых в более сильных полях к повороту магнитных моментов в направлении внешнего поля в направлении внешнего поля (процесс ориентации).

В сильном поле увеличение магнитной индукции не происходит, т.к. все моменты уже ориентированы по полю. Величина В соответствует значению Н при котором наблюдается полная ориентация моментов носит название индукции насыщения. Дальнейший небольшой рост индукции происходит за счет парамагнетизма. Если затем уменьшать Н, то при Н=0, В 0 , т.е. в образце остается преимущественно ориентация части магнитных моментов. Явление отставания кривой намагниченности при многократном перемагничивании называется петлей гистерезиса.

При перемагничивании возникают потери:

• на гистерезис (в постоянных полях)

• на вихревые точки (в переменных полях)

• на последействие

Кривые гистерезиса могут быть различны для различных материалов.

Округлая ППГ – магнитомягкие материалы, большая В_нас и малая Н_к. Применяется для сердечников трансформаторов, а ППГ для элементов памяти и бесконтактных магнитов.

Параметром магнитного материала является магнитная проницаемость. Она определяется по основной кривой намагничивания в данной точке.

µ = (В/Н) * (1/ µ _о), µ _о =4 *10^-7 Гн/м – м.п. вакуума.

Динамическая магнитная проницаемость:

µ _д= (1/ µ _о)* (dВ/dН).

Магнитная проницаемость, определенная при Н=0 (в слабых полях при Н=0,1 А/м) – носит название начальной магнитной проницаемости.

В области насыщения µ стремится к 1.

Зависимость µ от Н имеет вид:

С увеличением частоты µ_д уменьшается из-за инерционности магнитных процессов.

Величина µ ферромагнитных материалов зависит от t^о.

Максимум близок к точки Кюри области спонтанного намагничивания нарушаются вследствие тепловых процессов.

Температурная зависимость характеризуется ТК

град^-1.

2. Физическая природа магнитных потерь:

МАГНИ́ТНЫЕ ПОТЕ́РИ, потери на перемагничивание ферромагнетиков. Складываются из потерь на гистерезис, на вихревые токи и на магнитное последействие.

Потери на гистерезис. Обусловлены необратимыми процессами перемагничивания. Потери на гистерезис за один цикл перемагничивания (т.е. за один период изменения поля), отнесенные к единице объема вещества, определяются площадью статической петли гистерезиса. Для вычисления этих потерь можно использовать эмпирическую формулу Эг=mⁿ, где — коэффициент, зависящий от свойств материала, m — максимальная индукция, достигаемая в данном цикле, n — показатель степени, принимающий значения от 1,6 до 2 в зависимости от m.

Потери на вихревые токи. В проводящей среде за счет ЭДС самоиндукции, пропорциональной скорости изменения магнитного потока, возникают вихревые токи. Вихревые токи нагревают проводники, в которых они возникли. Это приводит к потерям энергии в магнитопроводах (в сердечниках трансформаторов и катушек переменного тока, в магнитных цепях машин). Для уменьшения потерь на вихревые токи необходимо использовать материал с повышенным удельным сопротивлением, либо собирать сердечник из тонких слоев, изолированных друг от друга.

Потери на магнитное последействие. Обусловлены магнитной вязкостью — отставанием магнитной индукции от изменения напряженности магнитного поля. Спад намагниченности ферромагнетиков происходит не мгновенно, а течение некоторого промежутка времени. Время установления стабильного магнитного состояния существенно возрастает с понижением температуры. Одна из основных причин магнитного последействия — тепловая энергия, которая помогает слабо закрепленным доменным границам преодолевать энергетические барьеры, мешающие их свободному смещению при изменении поля. Физическая природа потерь на магнитное последействие во многом аналогична релаксационной поляризации диэлектриков.

3. Методика измерения параметров магнитных материалов помощью осциллографа:

Перед началом измерений необходимо проверить исправность коаксиального кабеля и определить его сигнальный провод. Проверить исправность коаксиального кабеля проще всего с помощью омметра. Сначала измеряют сопротивление между двумя концами центрального проводника и между двумя концами проводящей оболочки. Эти сопротивления должны быть малыми (сотые доли ома). Затем проверяют отсутствие замыкания между центральным проводником и оплеткой кабеля. Иногда при ремонте коаксиального кабеля проводящая оболочка соединяется с проводником не черного цвета. В этом случае возникает задача определения сигнального проводника кабеля. Она может быть решена двумя способами. В первом случае один провод омметра подключают к центральному проводнику коаксиального разъема, а второй провод омметра поочередно подключают к каждому из двух проводников кабеля. Проводник, для которого сопротивление оказывается близким к нулю, и будет сигнальным. При другом способе определения сигнального провода необходимо, чтобы измерительный прибор (электронный осциллограф, электронный вольтметр) уже был включен в сеть и к нему подключен коаксиальный кабель. Затем касаются поочередно рукой каждого из двух проводников кабеля. Сигнальным будет проводник, при касании которого прибор регистрирует напряжение частотой 50 Гц (наблюдается отклонение луча осциллографа или стрелки вольтметра). Человек выступает в этом случае в роли антенны, принимающей электромагнитные волны, излучаемые питающей сетью.

Осциллограф ОМЛ-ЗМ комплектуется коаксиальным кабелем с литым разъемом, который отремонтировать достаточно сложно. В этом случае в осциллографе устанавливается дополнительное гнездо "земля", а коаксиальный кабель с обоих концов имеет по два внешне одинаковых проводника. Обычно проводники-выводы оплетки делают черного цвета, а сигнального провода – любого другого цвета. Если по внешнему виду измерительного кабеля нельзя опередить сигнальный провод, то можно воспользоваться следующим приемом. Выбрав предположительно сигнальный провод, подключают его ко входу "У" осциллографа, а второй проводник – к корпусу. Устанавливают достаточно высокую чувствительность осциллографа. Затем касаются рукой изоляции провода в средней его части (не касаясь при этом самих проводов!). Если на экране наблюдается сигнал наводки, то сигнальный провод выбран неверно. Если на экране нет изменений сигнала, то провод выбран верно.

Для демонстрации необходимости использования коаксиального кабеля для электронного вольтметра и осциллографа необходимо подать на эти приборы сигнал по обычным проводам и коснуться рукой их изоляции. При этом прибор фиксирует наводки.

Для измерения параметров электрических сигналов ручками смещения сигнала совместите сигнал с делениями шкалы так, чтобы было удобно проводить измерения. Выбирают положения переключателей “В/дел” такими, чтобы размер исследуемого сигнала по вертикали получался от 2 до 6 делений.

Рассмотрим определение частоты исследуемого сигнала.  Пусть период исследуемого сигнала занимает два деления, а длительность развертки установлена 10 мс/дел. Тогда период исследуемого сигнала будет равен:  2 дел × 10 мс/дел = 20 мс. Затем из формулы связи периода и частоты исследуемого сигнала ( f = 1/ T ) определим его частоту: f = 1/ 20 мс = 50 Гц

Рассмотрим теперь, как определяется амплитуда напряжения исследуемого сигнала. Пусть исследуемый сигнал имеет синусоидальную форму. Амплитуда синусоидального сигнала равна половине размаха изображения по вертикали. Для ее нахождения определим сначала, сколько делений занимает изображение сигнала по вертикали. Умножив число делений, соответствующее амплитуде, на коэффициент отклонения в вольтах на деление, получим амплитуду сигнала в вольтах. Например, изображение синусоидального сигнала по вертикали занимает 4 деления. Следовательно, амплитуда  исследуемого сигнала на  экране осциллографа будет составлять два деления. Если коэффициент отклонения равен 5 В/дел, то амплитуда сигнала будет равна 10 В.

Д ля измерения разности фаз между двумя напряжениями существует несколько способов. Остановимся кратко на двух из них: метод эллипса и с помощью двухлучевого осциллографа. При измерении методом эллипса одно напряжение подается на вход Y осциллографа, а другое – на вход X. Синус угла сдвига фаз равен отношению отрезка а к отрезку b (рис. 2.20 а) при условии, что в отсутствии сигнала электронный луч попадет в центр экрана осциллографа. Очень просто измеряется сдвиг фаз между двумя напряжениями с помощью двухлучевого осциллографа (рис. 2.20 б). Для этого отрезок АB делят на отрезок АС и умножают на 2π.