7.Какова сущность резонансного метода измерений ε и tg ?

Лабораторная работа №4

Потери в листовых ферромагнитных материалах

Цель работы

1 Ознакомиться с экспериментальными методами определения общих потерь листовой стали.

2 Освоить методы определения общих удельных потерь в сердечнике трансформатора выполненного из электротехнической стали.

Оборудование

1. ваттметр типа ЭДВ;

2. вольтметр типа АСТВ;

3. автотрансформатор ЛАТР;

4. исследуемый магнитопровод в 2-х обмоточном трансформаторе.

Общие указания

При выполнении лабораторной работы следует руководствоваться общими правилами по технике безопасности при работе в лаборатории.

Для выполнения лабораторной работы следует повторить материал соответствующей лекции.

Краткие теоретические сведения

В ферромагнетике, помещённом в переменное магнитное поле, происходит перемагничивание материала с частотой поля, сопровождаемое внутренним трением, обусловленным магнитной вязкостью, и , кроме того, в нём индуцируется ЭДС, вызывающая появление значительных вихревых токов. Эти явления сопровождаются поглощением энергии магнитного поля и превращением её в тепло. Таким образом, общие потери в ферромагнетиках, находящихся в переменном поле, можно представить в виде суммы:

Р=Рг+Рв+Рn,

где Рг - потери на гистерезис;

Рв – потери на вихревые токи;

Рn – потери на последействие, связанное с магнитной вязкостью материала .

Магнитные потери часто характеризуются удельными потерями – суммарными значениями мощности, затрачиваемой на гистерезисе и вихревые токи при низких частотах, отнесёнными к единице веса или к единице объёма. Потери на гистерезис для каждого материала могут быть определены по площади петли гистерезиса с учётом её масштаба и частоты тока.

Общие потери в ферромагнетиках с небольшой величиной коэрцитивной силы в переменных магнитных полях низкой частоты но большой напряженности обычно определяют ваттметровым способом с использованием специальной установки.

Установка представляет собой замкнутый магнитопровод, набранный из пластин исследуемого материала (трансформаторной или электротехнической стали) с размещенными на нём двумя обмотками, т.е. является обычным трансформатором.

Схема установки с измерительными приборами.

U₂

~ U₁

Рис. 9.

Как видно из приведённой схемы (рисунок 9), в первичную обмотку трансформатора Т включена токовая катушка ваттметра L1 во вторичную – вольтметр и вольтметровая катушка ваттметра L2 с большим сопротивлением обмотки. Поскольку во вторичной обмотке не подключена нагрузка, можно считать, что трансформатор работает вхолостую.

Из электротехники известно, что в режиме холостого хода вся подводимая к первичной обмотке трансформатора мощность идёт на покрытие его потерь.

Так как в таком режиме ток во вторичной обмотке не протекает, а в первичной обмотке протекает ток холостого хода, который составляет только доли номинального тока, то потерями мощности в обмотках трансформатора (меди) в режиме «холостого хода» обычно пренебрегают и относят всю потребляемую при этом трансформатором мощность к потерям в его сердечнике (стали).. Измерительные приборы, подключенные к трансформатору, потребляют некоторую мощность, которая входит в общую, измеряемую ваттметром, поэтому общая мощность:

Р=Рст+Р_V+Р_W (1)

где Р – общие потери в схеме;

Рст – потери в стали сердечника;

Р_V – потери на вольтметре;

Р_W – мощность потерь на ваттметре.

Отсюда можно определить общие потери в стали сердечника трансформатора:

Рст=Р-( Р_V+Р_W) (2)

Зная сопротивления вольтметра Rv и ваттметра Rw определяемое на шкале прибора, можно найти потери в стали:

Р = (3)

Р = (4)

где U₂ – напряжение на вторичной обмотке.

Потери в стали относятся к единицы веса сердечника (1кг) и получают так называемые удельные потери в стали. При частоте магнитного поля f определённом значении индукции Bм в сердечнике трансформатора:

Рост= , (5)

где Рост – удельные потери в стали, Вт;

G – вес сердечника, кг.

Порядок выполнения работы

1 Рассчитать U2 соответствующее значениям Bм (заданной в таблице). Как известно из курса электротехники, соотношение между ЭДС, индуцируемой во вторичной обмотке, и максимальной величиной индукции в сердечнике трансформатора определяются по формуле:

U₂=4,44fW2SBм

где f – частота, Гц;

W2 – число витков вторичной обмотки трансформатора W=2700;

S – площадь сечения сердечника трансформатора, м , S= 4·10 ;

U – напряжение на вторичной обмотке трансформатора, В;

Вм – максимальная магнитная индукция, Тл.

Таблица 5

№	Вм, Тл	f, Гц	U2, В	Р, Вт	Рвольт, Вт	Рват, Вт	Рст, Вт	G, кг	Рост, Вт/кг
1	0	50						7.4
2	0.208	50						7.4
3	0.312	50						7.4
4	0.416	50						7.4
5	0.52	50						7.4
6	0.624	50						7.4
7	0.7275	50						7.4
8	0.8325	50						7.4
9	0.956	50						7.4

2 Замерить общую мощность потерь в цепи Р с помощью ваттметра при рассчитанных значениях напряжения. Обратить внимание на правильность определения цены деления шкал приборов. Измерения проводить при пределе измерения 300В, т.к. при этом систематическая погрешность будет неизменной и на характер зависимости Рост от Вм влиять не будет.

3 Определить по шкалам приборов Rv и Rw при указанном пределе измерения.

4 Расссчитать Рv, Рw, Рст, Рост по формулам (2-5).

Содержание отчёта

1. Отчёт выполняется по установленной форме.

2. Построить график зависимости Рост от Вм.

3. В выводе провести анализ графика.

Контрольные вопросы

1 Как классифицируются материалы по отношению к магнитному полю?

2 Каковы основные параметры ферромагнитных материалов и их физический смысл?

3 Какова природа намагничивания ферромагнетиков?

4 Как классифицируются ферромагнитные материалы?

5 Какие причины вызывают потери в ферромагнитных материалов?

6 Какие факторы влияют на потери в ферромагнитных материалов?

7 Как определяются удельные потери в стали?

Лабораторная работа №5