Лабораторна робота № 6. Визначення динамічних характеристик магнітних матеріалів

Лабораторна робота № 6 визначення динамічних характеристик магнітних матеріалів

Мета роботи: вивчити методику визначення основних динамічних характеристик магнітних матеріалів за допомогою ватметра, вольтметра і амперметра і набути практичних навиків у використанні цих вимірювальних приладів та опрацюванні результатів експерименту.

1. План роботи

1.1 Підготовка до вимірювального експерименту

• Опрацювати теоретичний матеріал:

1. ознайомитись з основними магнітними характеристиками [1, стор.545];

2. вивчити особливості визначення основних динамічних характеристик магнітних матеріалів методом амперметра і вольтметра, [1, стор.564-566] та вимірювання втрат ватметра [1, стор.569-571];

• Розв’язати задачу:

1) Виходячи із заданого амплітудного значення напруженості магнітного поля Н_м, кількості витків в намагнічувальній w₁ і вимірювальній w₂ обмотках, геометричних розмірів зразка l_сер, площі поперечного перерізу зразка S, амплітудного значення магнітної індукції B_m, частоти намагнічувального струму f, коефіцієнта потужності втрат cosφ_в обчислити: середньоквадратичне значення намагнічувального струму І₁ в намагнічувальній w₁ обмотці; середньовипрямлене значення напруги U₂ в вимірювальній обмотці w₂ та значення потужності феромагнітних втрат Р_в.

2) Вибрати необхідні засоби вимірювань – амперметр, вольтметр та ватметр (границю вимірювання I_kA, U_kV, I_kW, U_kW, cosφ_нW та систему) для вимірювання сили струму І₁, напруги U₂ та потужності втрат Р_в. з наявних на робочому столі приладів. Якщо необхідно, за результатами задачі, вибрати вимірювальний трансформатор струму (вибравши коефіцієнт трансформації), а також розрахувати очікуваний показ ватметра. Для вимірювання вибрати схему вимірювань (без або з використанням вимірювального трансформатора струму).

1.2 Проведення вимірювального експерименту

а) скласти електричне коло та дослідити феромагнітний зразок за допомогою аналогових амперметра, вольтметра і ватметра, вибраних за пунктом 1.1 Записати результати експерименту в табл. 6.2.

б) записати метрологічні характеристики використаних засобів вимірювань у табл. 6.1 звіту.

1.3 Опрацювання результатів експерименту.

• За результатами експерименту п. 1.2,а обчислити значення потужності втрат Р_в, магнітної індукції B_m, напруженості магнітного поля Н_m, комплексний магнітний опір Z_m та його складові: реактивну X_m і активну R_m. Після цього обчислити пружну µ₁ та в’язку µ₂ складові комплексної магнітної проникності та знайти її амплітудне значення µ_m. Записати результати в табл.6.2.

• Оцінити граничне значення абсолютної похибки вимірювання потужності втрат у момент входження досліджуваного зразка в стан насичення;

• Записати результат вимірювання потужності втрат (табл.6.2).

1.4. Оформити та захистити звіт.

2. Основні теоретичні відомості

2.1. Динамічні характеристики магнітних матеріалів

Динамічними називають характеристики магнітних матеріалів, що проявляються у змінних магнітних полях [1]. Вони у значній мірі залежать не лише від самого матеріалу, але і від форми та розмірів досліджуваного зразка, форми кривої та частоти намагнічувального поля. Отже, динамічні характеристики є характеристиками зразка, а не лише матеріалу і за їх значеннями можна приймати рішення про його придатність до конкретних умов намагнічування (частоти поля, товщини листа, форми осердя і т.і.).

Основними динамічними характеристики магнітних матеріалів є: динамічна крива намагнічення В_m = f(H_m), комплексна магнітна проникність і потужність втрат Р_в на перемагнічування матеріалу.

Динамічну криву намагнічення В_m = f(H_m) можна побудувати, якщо виміряти ряд амплітудних значень індукції В_m та відповідних значень напруженості H_m.

Оскільки залежність В_m = f(H_m) нелінійна, то часові зміни індукції В(t) i H(t) не можуть бути одночасно синусоїдними.

Вибір режиму намагнічування – синусоїдна індукція чи синусоїдна напруженість – залежить від значення активного опору намагнічувального кола. Якщо активний опір досить великий, то намагнічувальний струм і напруженість поля будуть практично синусоїдні, а індукція – не синусоїдна. Якщо активний опір намагнічувального кола малий напруженість поля буде не синусоїдна, а індукція – синусоїдна.

В залежності від режиму намагнічування – синусоїдна індукція чи синусоїдна напруженість – змінюється форма і розміри динамічної петлі гістерезису. Тому під час досліджень магнітних матеріалів у змінних магнітних полях слід вказувати режим, за якого провадять дослідження.

Однією з важливих характеристик магнітних матеріалів є амплітудна магнітна проникність, яку визначають як відношення амплітудних значень індукції до напруженості поля:

(6.1)

де Гн/м – магнітна стала.

Якщо реальну динамічну петлю гістерезису замінити еліпсом, то індукцію та напруженість поля можна вважати синусоїдними, тобто і тоді отримуємо комплексну магнітну проникність [2, стор.136];:

(6.2)

де – модуль комплексної магнітної проникності, або амплітудна магнітна проникність, яку визначають як:

(6.3)

де δ – кут втрат, який визначається як кут запізнення за фазою еквівалентної синусоїдної індукції від еквівалентної синусоїдної напруженості поля, зумовлений втратами енергії в матеріалі, причому ;

µ₁ – дійсна, або пружна складова комплексної проникності, яка характеризує оборотні процеси під час перемагнічування матеріалу і обчислюється як:

(6.4)

µ₂ – уявна, або в’язка складова комплексної проникності, яка характеризує необоротні процеси під час перемагнічування матеріалу (втрати на гістерезис та вихрові струми), тобто втрати в сталі, пов’язані із перетворенням електромагнітної енергії у теплову:

(6.5)

В формулах (6.4) і (6.5) l_сер – довжина середньої магнітної лінії у досліджуваному зразку, (м); S – площа поперечного перерізу зразка м²;

– активний магнітний опір зразка, який визначається як:

(6.6)

– реактивний магнітний опір зразка, який визначається як:

(6.7)

– повний магнітний опір зразка, який визначається як:

(6.8)