книги из ГПНТБ / Электрические измерения. Общий курс учебник

напряженность намагничивающего поля или магнитную индукцию (зная //, можно рассчитать В и наоборот).

Напряженность намагничивающего поля можно определить по току в намагничивающей обмотке и ее параметрам. Непосредствен­ ное измерение намагничивающего тока путем включения прибора в плечо моста недопустимо, так как наличие прибора в плече моста исказит результаты измерения L x и гх, поэтому измеряется ток в нераз-. ветвленной цепи моста и по нему рассчитывается ток в намагничива­ ющей обмотке. Тогда

У 2 Іи>

TL

Максимальное значение индукции можно подсчитать следующим образом:

Вm = М-Оu n i •

Для измерения магнитной индукции (если не измеряется напря­ женность намагничивающего поля) необходимо па образец нанести вторую (измерительную) обмотку іѵв и с помощью вольтметра средних значений измерить напряжение на ее зажимах, т. е. определить мак­ симальное значение индукции Вт:

где иср — показания вольтметра.

Для получения достоверных результатов при использовании мостов следует проводить испытание в слабых нолях. При повышении индук­ ции форма кривой напряжения на плече с образцом искажается и мост можно уравновесить лишь на первой гармонике, т . е . нульиндикатор в диагонали должен быть настроен на первую гармонику. В этом случае полученные магнитные характеристики будут относиться к первым гармоникам: ІІ1т и В1т.

К недостаткам мостовых схем следует отнести также влияние на результаты измерения индуктивных и емкостных связей отдельных элементов схемы моста.

Завод «Точэлектроприбор» выпускает мостовую установку типа У520 для испытания магнитных материалов на переменном токе часто­ той 500, 1000, 2400 и 4800 Гц.

300

Определение характеристик магнитных материалов при одновре­ менном намагничивании постоянным и переменным полями. Режим одновременного намагничивания магнитного материала постоянным и переменным полями применяется в современных устройствах и аппаратах довольно широко. Характеристики материала в условиях одновременного намагничивания можно определить теми же методами, что и характеристики материалов в переменных магнитных полях. Разница будет заключаться лишь в наличии дополнительной обмотки для создания постоянного (подмагпичивающего) поля.

Основными характеристиками в условиях одновременного намаг­ ничивания является зависимость переменной составляющей индукции от переменной составляющей намаг­ ничивающего поля при различных значениях постоянного поля, потери на гистерезис и вихревые токи и др.

.13 зависимости от того, какие значе­ ния В и II необходимо определить (максимальные, мгновенные, значе­ ния первых гармоник), применяется тот или иной метод испытания.

разцов, определяется значение индукции в материале по показаниям Вольтметра средних значений, включенного на зажимы измеритель­ ных обмоток. Потери в материале при одновременном намагничивании можно измерить ваттметровым методом.

Необходимо заметить-, что характеристики, полученные для режима одновременного намагничивания постоянным и переменным полями, еще в большей степени, чем при намагничивании в перемен­ ном поле, следует относить к конкретному образцу и конкретным условиям намагничивания, так как на эти характеристики, кроме всех перечисленных выше причин, влияют еще и параметры цепей. Целесообразно определить эти характеристики непосредственно в кон­ кретном устройстве.

Ваттметровый способ определения потерь на гистерезис и вихре­ вые токи. Идея ваттметрового способа измерения потерь на гистерезис и вихревые токи прп намагничивании магнитного материала перемен-

301

ним полем принадлежит M . О. Доливо-Добровольскому. Прибор для измерения потерь ваттметровым методом впервые был разработан Эпштейном, поэтому его обычно называют прибором Эппітейна.

Существуют две разновидности прибора Эпштейпа — одпо-и двухобмоточный. Однообмоточный прибор имеет ряд недостатков, которы­ ми обусловлены повышенные погрешности измерения, поэто­ му в настоящее время он рас­

пространения не имеет.

ных вдоль и поперек листа (поровну), закладывается в катушки, образуя замкнутую магнитную цепь.

Последовательная обмотка ваттметра включается в цепь намаг­

можно пренебречь по сравнению с большими сопротивлениями вольт­ метра и параллельной обмотки ваттметра. Совпадает с Е2 и вектор

302

вторичного тока / 2 , так как сопротивление цени практически можно считать чисто активным. Вектор намагничивающего тока І0 опережает вектор потока Ф из-за наличия потерь в метериале на гистерезис и вихревые токи.

Потери на гистересис и вихревые токи определяются соотношением

Первое слагаемое равно потерям в материале, второе — потерям во вторичной цепи. Последнее слагаемое можно представить следую­ щим образом:

где г\- — сопротивление вольтметра; rw — сопротивление параллель­ ной обмотки ваттметра.

Так как сопротивление измерительной обмотки мало по сравнению с сопротивлениями Гу и Г\у, то потерями в измерительной обмотке можно пренебречь.

Потери в материале равны:

Угол сдвига фаз между С/2 и Іг велик ввиду преобладания реактив­ ного сопротивления, поэтому в приборе Эпштейна применяется мало­ косинусный ваттметр. Значение индукции в материале, при которой проводилось измерение полных потерь, определяется вольтметром средних значений.

Если показания вольтметра равны U2cp, то максимальное значе­ ние индукции можно определить по формуле

Иногда возникает необходимость оценить отдельно потери на гистерезис и потери на вихревые токи. Потери на гистерезис можно наіітн по площади петли гистерезиса при намагничивании в постоянном поле. Измерить потери на вихре­ вые токп отдельно от потерь на гистерезис нельзя, так как явления эти неотде­ лимы, и при намагничивании в переменном поле можно измерить лишь суммар­ ные потери. Существуют аналитический и графический методы разделения по­ терь, основанные на том, что при относительно низких частотах (до 100 Гц) можно считать потери на гистерезис пропорциональными первой степени часто-

303

\

ты, а потерн на вихревые токи пропорциональными второіі степени частоты, т. с. суммарные потери, можно представить в виде суммы двух слагаемых:

Решая эту систему, определяема п ß, a следовательно, п составляющие сум­ марных потерь:

Построив прямую -у = F (/) (рис. 221), продолжаем ее до пересечения с осью

ординат. Отрезок Оа соответствует коэффициенту ос. Отрезки ординат бв и гд равны соответственно ß/ x п ß / 2 .

Дифференциальный ваттметровый метод. П рп массовых испытаниях маг­ нитных листовых материалов для определения потерь на гистерезис и вихревые токи применяется дифференциальный ваттметровый метод, основанный на срав­ нении потерь испытуемого образца с потерями эталонного образца, близкого по характеристикам к испытуемому. Принципиальная схема приведена на рис. 222. Прибор состоит из двух одинаковых приборов, в один из которых помещается испытуемый образец, а во второй — эталонный. Намагничивающие обмотки пи­ таются от сети переменного тока и включены последовательно с токовыми обмот­ ками дифференциального ваттметра. Измерительные обмотки соединяются

304

((•„ = «'2iV> r x = Гдг ваттметр покажет нуль. Если потери не равны, то ваттметр отклонится в ту пли иную сторону от нуля (нуль у него посредине). Сопротив­ ление гх регулируется до достижения нулевого показания ваттметра.

сопротивлении гх • 103 .

Заводом «Точэлектроирнбор-» выпускается установка типа У578, предназна­ ченная для определения магнитных характеристик электротехнической стали. Д л я измерения магнитной индукции в установке применен дифференциальный баллистический метод, для определения удельных потерь — дифференциальный ваттметровыіі метод.

40. Определение характеристик магнитных материалов на повышенных и высоких частотах и в режиме импульсного намагничивания

Общие замечания. В современных приборах, аппаратах и устрой­ ствах широко используются элементы, содержащие магнитные мате­ риалы. Эти элементы выполняют весьма разнообразные функции, и условия, в которых работают магнитные метериалы в них, также весьма разнообразны. Так, например,частота намагничивающего поля может колебаться от десятков герц до сотен мегагерц, на магнитный материал могут одновременно действовать переменные магнитные поля различных частот либо переменное и постоянное поле, в ряде устройств магнитный материал работает в режиме импульсного намагничивания и т. д.

Взависимости от условий намагничивания необходимы сведения

отех или иных характеристиках магнитных материалов, которыепозволяют грамотно использовать материал и создать наиболее раци­ ональную конструкцию.

При разработке методики определения характеристик магнитных материалов, работающих в специфических условиях, прежде всего необходимо определить круг тех характеристик, которые в данных условиях являются наиболее важными и интересными, требуемую точность определения этих характеристик и в соответствии с этим выбирать тот или иной способ измерения. Всегда желательно по возможности приблизить условия проведения эксперимента по определению характеристик магнитного материала к реальным усло­ виям работы его (имеется в виду режим намагничивания, частота поля, размеры образца и т. п.).

Настоящий параграф знакомит читателя с основными способами определения характеристик магнитных материалов па повышенных

ивысоких частотах и при импульсном намагничивании.

Определение характеристик магнитных материалов на повышенных

ивысоких частотах. В качестве магнитных материалов на повышен-

305

хороши тем, что позволяют проводить определение характеристик в рабочем режиме намагничивания, отличаются простотой, а при использовании их в сочетании с феррографом (осциллограф с интег­ рирующими усилителями) — и наглядностью. Частотный диапазон ограничен 10—15 кГц, погрешность порядка 3—6%.

Заводом «Точэлектронрибор» выпускается устройство подобного типа, которое называется феррометром для повышенных частот типа У5010.

Осциллографический способ используют в диапазоне частот от 50 Гц до 50—100 кГц. Способ этот прост и нагляден, но имеет зиачи-

характеристики магнитных материалов на ча­ стотах до 60 МГц. Уравновешивание моста проводится дважды. Пер­

вый раз в отсутствие образца, когда зажимы L x — гх закорочены. Эта операция называется симметрированием моста. Второй раз схема уравновешивается при включенном образце. Уравновешивание схе­ мы производится лишь с помощью воздушных конденсаторов, сопро­ тивление резистора г 3 остается постоянным, так как изготовить резис­

307

Мы рассмотрели одну из возможных схем высокочастотного моста, В практике магнитных измерений используют разнообразные мосто­ вые схемы. Погрешности мостовых схем колеблются в пределах 2—Ь%.

Резонансный метод используется в еще более широком диапазоне частот — от 50 кГц до 200 МГц. Для его осуществления можно вос­

образцом). Зная показания вольтметра V2, пропорциональные доб- ])отпости Ох, частоту и напряжение генератора и резонансную емкость Ср конденсатора С, можно определить Ьх и rx, а с их помощью рассчи­ тать необходимые магнитные характеристики (см. § 39):

Приведенная методика эксперимента не учитывает собственную емкость Сх образца с обмоткой. При необходимости вводится по­ правка, для чего необходим еще один эксперимент по определе­ нию Сх.

308

Недостатком резонансного метода с использованием куметра является изменение намагничивающего поля при изменении частоты (напряжение генератора не изменяется, а сопротивление образца изменяется) и невозможность проведения измерения при заданной напряженности намагничивающего поля. Этот недостаток можно устранить, введя регулировку напряжения генератора.

Резонансный метод с использованием куметра отличается про­ стотой и широко используется. Погрешность определения L x , гх, а следовательно, и магнитных характеристик в зависимости от ча­ стоты колеблется в пределах от 5 до 10%.

Калориметрический метод определения потерь применяется в ши­ роком диапазоне'частот (до десятков мегагерц) и магнитных индук­ ций. Мерой потерь энергии в магнитном материале при намаг­ ничивании переменным магнит­ ным полем является изменение температуры образца н окру­ жающей его среды.

алыюго калориметра. Два теплоизолированных of внешней среды идентичных по размерам и характеристикам охлаждения сосуда Cl и С2 заполняют калориметрической жидкостью (трансформаторным мас­ лом, керосином и т. п.), которая непрерывно перемешивается механи­ ческими мешалками. В сосуд Cl помещают тороидальный испытуемый образец О с намагничивающей обмоткой іѵх, в сосуд С2 помещают тороид таких нее размеров из диэлектрика с малыми потерями с об­ моткой гг.,. Обмотки и\ и и\ соединяют последовательно и питают от высокочастотного генератора ВГ; ток в обмотках фиксируется ампер­

отметке шкалы. При намагничивании образца температура в сосуде Cl повышается за счет потерь энергии на гистерезис и вихревые токи в материале образца. Милливольтметр укажет возникшую разность

309