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

Студенты гр. 4444

Преподаватель Фирсов Д. Д.

Санкт-Петербург 2026

Цель работы:

Исследование основных магнитных свойств электротехнической стали, железо-никелевого сплава (пермаллоя) или нанокристаллического сплава на основе железа.

Обработка результатов.

R_т =10 Ом, r_ср=0,021 м, w₁=100, w₂=1330, C_и=10^-6 Ф, R_и=3*10⁵ Ом, S=10^-4,

µ₀=1,256*10^-6 Гн/м, d=8,6*10³ кг/м³ 1)Рассчитаем значения H_m, B_m, µ_ст:

Средняя длина магнитной линии:

Формулы для расчета:

Напряженность магнитного поля:

Магнитная индукция:

Статическая магнитная проницаемость:

Пример расчета для первой точки (Ux = 0,0125 В, Uy = 0,0145 В):

2. Запишем U_x и U_y, используя масштабы осей осциллографа. Вычислим значения напряженности поля H_m и магнитную индукцию B_m, а также статическую магнитную проницаемость. Данные занесем в таблицу 8.1.

Таблица 8.1.

Ux	Hm	Uy	Bm	μст
0,00	0,00	0,00	0,00	-
0,0125	9,47	0,0425	0,145	12178
0,025	18,94	0,065	0,650	27315
0,05	37,88	0,1	1,400	29424
0,075	56,82	0,125	1,300	18214
0,1	75,76	0,13	1,400	14712
0,125	94,70	0,14	1,500	12612
0,15	113,64	0,15	1,625	11385
0,20	151,52	0,1625	1,625	8540

По полученным данным построим на одном графике основную кривую намагничивания B_m(H_m) и зависимость статической магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля µ_ст(H_m).

Рис. 1 – График основной кривой намагничивания Bm(Hm) и зависимой статической магнитной проницаемости µ_ст(Hm).

2. Определив площади предельных петель гистерезиса на разных частотах, рассчитать соответствующие им значения энергии магнитных потерь в единице массы ферромагнитного материала за один цикл перемагничивания. Результаты занесли в таблицу 8.2.

3. 

   Э, Дж/кг

   Построив частотную зависимость потерь энергии в образце в виде графика Э(f). Экстраполируя полученную прямую линию к f=0, найдем потери энергии на гистерезисе Э_г.

Рис.2 – График основной кривой намагничивания Э(f).

Для каждого значения частоты определим потери на вихревые токи. Рассчитаем мощности потерь на гистерезисе P_г и вихревые токи P_вт. Результаты занесем в таблицу 8.2.

Таблица 8.2.

f Гц	Э Дж/кг	Sп,	h1	b1	Эг	Эвт	Pг	Pвт
200	1,50E- 08	0,0015	37,91	0,225	6,00E -09	9,00E-09	1,20E -06	1,80E -06
400	2,20E- 08	0,0022				1,60E-08	2,40E -06	6,40E -06
600	3,00E- 08	0,0030				2,40E-08	3,60E -06	1,44E -05
800	4,00E- 08	0,0040				3,40E-08	4,80E -06	2,72E -05

2. Вычислим напряжение на катушке индуктивности с испытуемым сердечником. Рассчитаем ее индуктивность, определим эффективную проницаемость и запишем в Таблицу 8.3.

Формулы:

; ; ;

Пример расчета для f = 50 Гц (Uвх = 0,58 В, UR = 0,03 В):

Таблица 8.3.

f, Гц	UR, мв	Uвх, В	L, Гн	μэф	UL
50	30	0,58	0,614	64490	0,579
75		0,8	0,565	59330	0,799
100		1,0	0,540	55650	0,999
150		1,35	0,477	50085	1,349
200		1,55	0,411	43155	1,549
400		2,2	0,292	30660	2,199
600		2,65	0,234	24570	2,649
800		3	0,199	20895	2,999

2. По данным таблицы 8.3. построим частотную зависимость эффективной магнитной проницаемости µ_эф(f).

Рис.3 – График основной кривой намагничивания µ_эф(f).

Вывод:

В ходе исследования магнитных свойств ферромагнитных материалов (пермаллоя) были выполнены следующие задачи:

Анализ кривой намагничивания. Построена зависимость магнитной индукции Bm от напряженности поля Hm, которая продемонстрировала типичное поведение ферромагнетиков — рост Bm до насыщения с последующим замедлением. Статическая магнитная проницаемость μст достигла максимума при Hm ≈ 37,88 А/м (μст ≈ 29424), после чего начала снижаться из-за приближения к насыщению материала.

Расчет магнитных потерь. Определены потери энергии на гистерезисе (Эг) и вихревых токах (Эвт). Экстраполяция графика Э(f) к нулевой частоте показала, что Эг ≈ 6·10⁻⁹ Дж/кг. Увеличение частоты приводит к росту общих потерь, что согласуется с теорией — вихревые токи доминируют на высоких частотах.

Исследование эффективной проницаемости. Построена зависимость μэф(f), которая продемонстрировала снижение μэф с ростом частоты (от 64490 при 50 Гц до 20895 при 800 Гц). Это объясняется размагничивающим действием вихревых токов и ограничением скорости перемагничивания доменов.

Ключевые наблюдения:

Материал (пермаллой) проявляет классические ферромагнитные свойства: доменную структуру, гистерезис, насыщение.

Потери энергии зависят от частоты: гистерезисные потери доминируют на низких частотах, вихревые токи — на высоких.

Эффективная проницаемость снижается при повышении частоты, что важно для проектирования устройств, работающих в широком частотном диапазоне.

Практическая значимость. Полученные данные позволяют оптимизировать выбор материалов для электротехнических применений (трансформаторы, дроссели), минимизируя потери и повышая КПД. Результаты работы подтверждают теоретические основы ферромагнетизма и демонстрируют эффективность экспериментальных методов исследования магнитных свойств материалов.