3.2. Экспериментальная установка

Установка для получения и исследования динамических гистерезисных петель, схема которой показана на рис. 7, представляет собою стенд, на котором смонтированы сам магнитопровод с обмотками N₁, N₂ и измерительным сопротивлением R₀, а также сетевой понижающий трансформатор Тр (220/28 В), к клеммным выводам которого присоединяется 30-омный реостат, выполняющий роль делителя напряжения (рис. 9). Входное напряжение и₁ на обмотке N₁ измеряется вольтметром V (рис. 7).

И нтегратор собран на «постоянном» конденсаторе С, ёмкость которого указана на стенде, и «переменном» резисторе R, сопротивление которого можно варьировать в необходимых пределах. К выходу интегратора и измерительному резистору R₀ кабелями подключается осциллограф, на экране которого можно наблюдать петлю, а также форму намагничивающего тока i(t).

Все необходимые для расчётов параметры установки – размеры магнитопровода, его витки N₁ и N₂, сопротивление R₀ – указаны на ней.

3.3. Программа измерений

1. Собрать установку в соответствии с рис. 7 и 9.

2. Включить в сеть понижающий трансформатор Тр (рис.9); при этом загорится лампочка, показывающая наличие на его вторичной обмотке напряжения около 28 В. Движок реостата установить примерно посередине, что соответствует входному напряжению и₁ около 14 В.

3. Сопротивление R интегратора установить таким, чтобы выполнялось условие (18), т.е. чтобы, например, ωRC≈20…30.

4. Подготовить осциллограф к работе с двумя входами Х и Y, и включить его. Положение делителя по входу Х – «1:1». На экране должна наблюдаться гистерезисная петля. Отрегулировать её умеренную яркость, фокус и установить её симметрично относительно центра экрана.

5. Варьируя реостатом входное напряжение и₁, довести петлю до таких размеров, чтобы она занимала весь экран по горизонтали; её вертикальные размеры регулируются усилителем канала Y на осциллографе и в некоторых пределах – интегратором. Полное использование площади экрана повышает точность измерений параметров петли.

Внимание. Увеличивать входное напряжение и₁ сверх необходимого для насыщения образца нежелательно, так как вся прибавка и₁ сверх этого падает на активном сопротивлении проводов обмотки N₁ и на измерительном резисторе R₀, что вызывает их перегрев с возможным последующим перегоранием, в первую очередь – маломощного резистора R₀.

Важно отметить, что на намагничивающей обмотке N₁ задаётся напряжение, а не ток. А это напряжение – синусоидально, с сетевой частотой 50 Гц. Тогда из формулы (11) следует, что и индукция В изменяется по синусоидальному закону. Но поскольку В и Н в железе связаны нелинейно (эта зависимость задаётся петлёй гистерезиса), то функция Н(t) – не синусоидальна. А так как в замкнутом магнитопроводе, согласно (13), Н~i, то получаем окончательный вывод: ток в намагничивающей обмотке i(t) не является синусоидальным. Графический способ построения функции i(t) при синусоидально меняющейся индукции В в магнитопроводе, определяемой синусоидальным входным напряжением и₁(t), показан на рис. 10.

6. Установив изображение предельной петли на экране симметрично относительно его центра, срисовать её с экрана на клетчатую бумагу вместе с сеткой шкалы для последующего подсчёта параметров этой петли. Отметить при этом цену деления шкалы экрана по вертикали в вольтах.

7. Изменяя теперь только напряжение и₁, наблюдать на экране частные петли. Нанести на ту же клетчатую бумагу семейство их вершинных точек, которое в координатах (Н, В) и даст динамическую (основную) кривую намагничивания (рис. 5).

8. Пусть U₁₀ – эффективное напряжение, дающее предельную петлю. Срисовать с экрана ещё три частные петли, полученные при напряжениях U₁₁= , U₁₂= и U₁₃= .

9. Восстановить на экране исходную предельную петлю и, уменьшая сопротивление R интегратора, посмотреть, как по мере нарушения условия (18) ухудшается интегрирование и искажается петля. Записать значения R, С и ωRC, при которых начинается качественное искажение формы петли (перехлёстывание в её вершинах), и срисовать такую искажённую петлю.

10. Проследить изменение формы тока в намагничивающей обмотке в зависимости от размеров петли (см. рис.10). Для этого надо перевести осциллограф в режим непрерывной развёртки, а на вход Y подать напряжение с резистора R₀, отключив от этого входа интегратор. Срисовать с экрана формы намагничивающего тока i(t) при тех же трёх напряжениях U₁, что и в п. 8, а также и при U₁=U₁₀. Сопоставить эти графики i(t) с соответствующими петлями, полученными в п. 8. Графики i(t) копируются с экрана вместе с сеткой и на них указываются амплитудные значения токов.

11. Для определения поля Н по формуле (20) надо знать цену деления шкалы экрана по оси Х в вольтах. Калибровка производится следующим образом. Осциллограф отключается от установки и переводится в режим работы по двум входам Х и Y (т.е. у него отключается развёртка). Делитель по входу Х по-прежнему стоит в положении «1:1». В центре экрана при этом должна наблюдаться точка. Затем включается калибратор осциллографа, выдающий меандр частотой 1 кГц. Переключателем калибратора выставить небольшую амплитуду меандра, например, 1 В и подать этот меандр с выхода калибратора на вход Х. На экране появится вторая точка справа от первой. Расстояние между ними будет равно амплитуде меандра. Записать получившуюся цену деления шкалы экрана по оси Х и выключить калибратор^).

12. Выключить приборы и разобрать установку.