МИНОБРНАУКИ РОССИИ САНКТ-ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «ЛЭТИ» ИМ. В.И. УЛЬЯНОВА (ЛЕНИНА) Кафедра МНЭ
ОТЧЕТ по лабораторной работе № 8
по дисциплине « Электротехническое материаловедение » Тема: Исследование свойств металлических ферромагнитных материалов
Студент гр. 4404 |
|
Коншин М.В. |
Преподаватель |
|
Самсыгин П.Ф. |
|
||
|
|
|
Санкт-Петербург
2026
Цель работы.
Исследование основных магнитных свойств электротехнической стали, железо-никелевого сплава (пермалоя) или нанокристаллического сплава на основе железа.
Описание установки.
Испытания свойств ферромагнитных материалов проводятся на установке, схема которой приведена на рисунке 1. Установка состоит из испытательного модуля (выделен штриховой линией), генератора G синусоидальных сигналов звуковой частоты, милливольтметра PU переменного напряжения и осциллографа N. Испытуемый материал изготовлен в виде тороидального сердечника, на который нанесены две обмотки: первичная с числом витков w1 и вторичная с числом витков w2.
Рисунок 1 — схема установки
Теоритические положения.
К ферромагнетикам относят материалы с большой положительной магнитной восприимчивостью kм, которая сильно зависит от напряженности магнитного поля H и температуры T.
Важнейшим свойством ферромагнетиков является нелинейная зависимость магнитной индукции В от напряженности внешнего магнитного
2
поля Н. Эту зависимость называют начальной кривой намагничивания ферромагнетика, так как она снимается из размагниченного состояния при монотонном увеличении H.
Приняв во внимание, что B = μμ0H , где μ0 = 4π ∙ 10−7 Гн/м – магнитная постоянная , по начальной кривой намагничивания ферромагнетика строится зависимость статической магнитной проницаемости μст от напряженности магнитного поля H.
Если после намагничивания образца до насыщения величину внешнего магнитного поля медленно уменьшить до нуля, то индукция в нуль не обратится, а примет значение Вr, которое называют остаточной индукцией. На рисунке 2 изображены петли гистерезиса и основная кривая намагничивания.
Рисунок 2 — Петли гистерезиса и основная кривая намагничивания
Чтобы довести магнитную индукцию до нуля, необходимо приложить поле противоположного направления с напряженностью, называемой коэрцитивной силой Нc. В зависимости от численного значения Нc, ферромагнетики делят на магнитомягкие (ММ) и магнитотвердые (МТ):
Hc MM < Hc MT. Остаточная индукция и коэрцитивная сила являются
3
параметрами статической предельной петли гистерезиса (ПГ), которую получают при медленном циклическом перемагничивании намагниченного до насыщения образца ферромагнетика. Совокупность вершин статических ПГ, соответствующих разным Нm, образуют основную кривую намагничивания.
Площадь статической ПГ характеризует потери энергии на гистерезис ЭГ, обусловленные необратимыми процессами смещения доменных границ и вращения векторов намагниченности в единичном цикле перемагничивания.
При намагничивании до одинакового предельного значения индукции площадь динамической ПГ металлических ферромагнетиков больше площади статической ПГ на величину, характеризующую потери энергии на вихревые токи ЭВТ. Можно считать величину ЭГ практически постоянной в достаточно
широком диапазоне частот, в то время как величина ЭВТ возрастает пропорционально частоте. Мощности потерь на гистерезис PГ и на вихревые токи PВТ в единице массы образца описываются соответственно формулами:
где – коэффициент, зависящий от свойств материала; Вm – максимальная индукция, достигаемая в данном цикле; n – показатель степени от 1,6 до 2 для различных материалов; – коэффициент, зависящий от удельной проводимости ферромагнетика и формы образца; f – частота изменения магнитного поля.
При высоких частотах заметный вклад в мощность потерь вносят потери на вихревые токи. Вихревые токи возникают в ферромагнитном материале под действием ЭДС самоиндукции, пропорциональной скорости изменения магнитного потока. Величина вихревых токов зависит от удельного сопротивления материала. Для снижения мощности потерь на вихревые токи PВТ высокочастотные магнитные материалы должны иметь высокое сопротивление
Материал сердечника — электротехническая сталь ( d = 7700 кг/м3 )
4
5
Обработка результатов
Ux, В |
Hm , А/м |
Y, рис |
Y, дел |
Uy, В |
Bm, Тл |
μст |
0 |
0,000 |
0 |
0 |
0 |
0,000 |
0 |
0,0125 |
5,952 |
0,5 |
0,1 |
0,01 |
0,023 |
3016 |
0,025 |
11,905 |
2 |
0,4 |
0,04 |
0,090 |
6032 |
0,05 |
23,810 |
5 |
1 |
0,1 |
0,226 |
7540 |
0,075 |
35,714 |
8 |
1,6 |
0,16 |
0,361 |
8043 |
0,1 |
47,619 |
10 |
2 |
0,2 |
0,451 |
7540 |
0,125 |
59,524 |
11 |
2,2 |
0,22 |
0,496 |
6635 |
0,15 |
71,429 |
12 |
2,4 |
0,24 |
0,541 |
6032 |
0,2 |
95,238 |
13,5 |
2,7 |
0,27 |
0,609 |
5090 |
Тл |
|
|
|
Зависемость Bm(Hm) |
|
|
|
|
|||
Bm, |
0,7 |
|
|
|
|
|
|
||||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
||
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,6 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,5 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,4 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,3 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,2 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
Hm, А/м
6
|
|
|
Зависемость μ(Hm) |
|
|
|
|
|||
μ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
1000 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
10 |
20 |
30 |
40 |
50 |
60 |
70 |
80 |
90 |
100 |
Hm, А/м
Сфотографированные петли гистерезиса:
1. При f = 50 гЦ
2. При f = 200 гЦ
7
3. При f = 400 гЦ
4. При f = 600 гЦ
5. При f = 800 гЦ
8
f, Гц |
Sп, мм2 |
Э, Дж/кг |
Эг, Дж/кг |
Эвт, Дж/кг |
Рг, Вт/кг |
Рвт, Вт/кг |
50 |
1000 |
0,070 |
|
0,010 |
3 |
0,49 |
200 |
1300 |
0,091 |
0,06 |
0,031 |
12 |
6,13 |
400 |
1600 |
0,112 |
0,052 |
24 |
20,64 |
|
600 |
1800 |
0,126 |
|
0,066 |
36 |
39,33 |
800 |
1900 |
0,133 |
|
0,073 |
48 |
58,02 |
Дж/кг |
|
|
|
Зависемость Э(f) |
|
|
|
|||
0,14 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Э, |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,12 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,1 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,08 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,06 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,04 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0,02 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
f, Гц |
9
f, Гц |
UR, мВ |
Uвх, мВ |
UL, мВ |
L, Гн |
μэф |
|
50 |
|
0,26 |
30,001 |
0,032 |
532,16 |
|
75 |
|
0,36 |
30,002 |
0,021 |
354,78 |
|
100 |
|
0,45 |
30,003 |
0,016 |
266,10 |
|
150 |
30 |
0,65 |
30,007 |
0,011 |
177,42 |
|
200 |
0,85 |
30,012 |
0,008 |
133,09 |
||
|
||||||
400 |
|
1,6 |
30,043 |
0,004 |
66,61 |
|
600 |
|
2,4 |
30,096 |
0,003 |
44,49 |
|
800 |
|
3,25 |
30,176 |
0,002 |
33,45 |
|
|
|
|
Зависемость μ(f) |
|
|
|
|
|
μ |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
600 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
500 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
400 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
300 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
200 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
100 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
|
|
|
|
|
|
|
|
|
0 |
100 |
200 |
300 |
400 |
500 |
600 |
700 |
800 |
900 |
f, Гц
10