Измерение электрических и магнитных величин. Лабораторный практикум

Включить ключ К, перевести левый переключатель, установленный на корпусе милливеберметра типа M119, в положение «КОРРЕКТОР», установить стрелку милливеберметра (с помощью правой ручки на корпусе) в среднее положение.

5. Переключить двухполюсный переключатель и заметить новое показание α2 милливеберметра. Если α2 > α1, то магнитный поток Ф, Вб, равен

где CФ = 0,1 мВб/дел – постоянная милливеберметра; W – число витков измерительной обмотки; α1 и α2 – количество делений.

Если же значение α2 меньше значения α1, то в дальнейшем переключение двухполюсного переключателя производить из другого положения, а стрелку милливеберметра установить на нуль (α1 = 0).

6.Определить магнитную индукцию, Тл, по формуле В = Ф/S, где S – площадь поперечного сечения, м2.

7.Определить напряженность магнитного поля, А/м, по формуле

8. Вычертить основные кривые намагничивания образцов (в одном масштабе и на одном графике).

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ

1.Милливеберметр типа M 119.

2.Амперметр магнитоэлектрической системы класса 0,5.

3.Реостат на 100 Ом 3 А.

4.Двухполюсный переключатель.

5.Однополюсный ключ.

6.Источник питания постоянного тока ВУЛ-3.

50

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.К какой системе приборов относится милливеберметр?

2.Какова отличительная особенность милливеберметра?

3.С какой целью производится размагничивание образца перед испытанием? Как производится размагничивание?

4.С какой целью и каким образом осуществляется магнитная подготовка образца?

5.Что называется основной кривой намагничивания?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Шишмарев В.Ю. Средства измерений: учебник. – 4- е изд., стер. – М.: Изд. центр «Академия», 2010. – 320 с.

2.Сигов А.С., Нефедов В.И. Метрология, стандартизация и технические измерения: учебник. – М.: Высш. шк., 2008. – 624 с.

3.Тартаковский Д.Ф., Ястребов А.С. Метрология, стандартизация и технические средства измерений: учебник. – 2- е изд., перераб. и доп.. – М.: Высш.

шк., 2008. – 213 с.

4.Анцыферов С.С., Голубь Б.И. Общая теория измерений: учебное пособие / Под ред. акад. РАН Н.Н. Евтихиева. – М.: Горячая линия – Телеком, 2007. – 176 с.

5.Метрология и электрорадиоизмерения в телекоммуникационных системах: учебное пособие / Под общей редакцией Б.Н. Тихонова. – М.: Горячая ли-

ния – Телеком, 2007. – 374 с.

6.Хрусталева З.А. Электротехнические измерения. Задачи и упражнения: учебное пособие. – М.: КНОРУС, 2011. – 256 с.

51

Лабораторная работа № 7

ИССЛЕДОВАНИЕ ФЕРРОМАГНИТНЫХ МАТЕРИАЛОВ НА ПЕРЕМЕННОМ ТОКЕ С ПОМОЩЬЮ ФЕРРОМЕТРА И ОСЦИЛЛОГРАФА

Цель работы – изучение методов исследования ферромагнитных материалов на переменном токе.

Свойства магнитных материалов наиболее полно характеризуются зависимостью В = (Н) – кривой намагничивания и гистерезисными петлями.

Гистерезисные петли представляют собой замкнутые кривые, выражающие зависимость магнитной индукции В от напряженности поля Н. Эта зависимость является динамической характеристикой, если исследование проводится на переменном токе.

Наибольший интерес и практическую ценность при определении свойств ферромагнитных материалов имеют начальная (рис. 7.1) и основная кривые намагничивания, а также предельная гистерезисная петля.

Начальная кривая намагничивания представляет собой зависимость индукции В в образце от изменения напряженности поля Н (см. рис. 7.1).

Рис. 7.1. Начальная кривая намагничивания

Основная кривая намагничивания представляет собой геометрическое место вершин симметричных петель гистерезиса (рис. 7.2). Из симметричных петель гистерезиса наибольшее значение для характеристики ферромагнитных материалов имеет предельная петля, которая получается при насыщении образца. Имея предельную петлю гистерезиса, можно установить коэрцитивную силу Нс ферромагнитного материала и остаточную индукцию Bс.

52

7.1. МЕТОД АМПЕРМЕТРА И ВОЛЬТМЕТРА

Магнитная индукция в магнитопроводе образца (рис. 7.3) находится из выражения

где S – сечение магнитопровода образца, м2. Напряженность магнитного поля

где W1 – число витков намагничивающей обмотки; I1 – ток намагничивающей обмотки; Lср – длина средней силовой линии образца, м.

Рис. 7.3. Метод амперметра и вольтметра:

1 – устройство для регулировки тока намагничивания (ЛАТР); 2 – испытуемый образец; 3 – вольтметр средних значений

с малым потреблением мощности (ламповый или магнитоэлектрический с выпрямителем)

Магнитная проницаемость определяется из выражения

7.2. МЕТОД ФЕРРОМЕТРА

Метод феррометра (рис. 7.4) позволяет получить зависимость B(H) в любой момент периода, причем

54

Для получения основной кривой намагничивания необходимо для каждого тока намагничивания находить максимальное значение Е1ср т и Е2ср т при помощи фазорегулятора:

Рис. 7.4. Схема феррометра:

С помощь феррометра можно вычислить удельные потери на гистерезис и вихревые токи, Вт/кг:

фазорегулятора; g – вес образца, кг.

Потери можно определить и по площади динамической петли гистерезиса.

55

7.3. ОСЦИЛЛОГРАФИЧЕСКИЙ МЕТОД

Этот метод дает возможность визуально наблюдать и фотографировать динамические кривые (петли гистерезиса) и исследовать влияние различных факторов (подмагничивания, температуры, деформации, зазора в магнитопроводе, предельного тока намагничивания и т.п.) на характер кривых (рис. 7.5) [2, 3, 6].

Для получения на экране осциллографа петли гистерезиса необходимо подать на вертикальные пластины напряжение, пропорциональное магнитной индукции В, а на горизонтальные пластины – напряжение, пропорциональное напряженности магнитного поля Н (при этом внутренняя развертка осциллографа должна быть отключена):

где Аy – отклонение луча по вертикали; Sy, Sх – чувствительность осциллографа по осям Y и X соответственно; Ах – отклонение луча по горизонтали.

Рис. 7.5. Схема осциллографического метода:

Y – вход на вертикальные отклоняющие пластины электронного осциллографа; R0 – образцовое сопротивление (вместо образцового сопротивления используется реостат сопротивлением 1 ...7 Ом с номинальным током не менее 5А);

RС – интегрирующая цепочка (R = 100000 Ом, С = 1 мФ); 1 – регулируемый автотрансформатор (ЛАТР) для установки намагничивающего тока

в исследуемом образце 2; 3 – электронный осциллограф типа GOS – 6030

Удельные потери, Вт/кг,

56

где γ – удельная масса материала образца; Sп – площадь петли гистерезиса; mH и mB – масштабы Н и В на экране осциллографа.

7.4.ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Внастоящей работе предусматривается исследование ферромагнитных образцов двумя методами – методом феррометра и осциллографическим методом. Принципиальная схема феррометра изображена на рис. 7.4.

Вкачестве образца используется стержневой трансформатор с двумя обмотками – намагничивающей W1 и измерительной W2.

Данные обмоток и размеров магнитопровода приведены в табличке образца. Для установки и контроля намагничивающего тока служат ЛАТР, реостат и амперметр электромагнитной системы.

Фазорегулятор служит для изменения фазы управляющей обмотки механического выпрямителя. Фазорегулятор представляет собой трехфазный асинхронный двигатель с фазным ротором или сельсин. Обмотка статора включается в сеть трехфазного тока (10 В). Ось ротора снабжена шкалой для отсчета угла поворота в градусах и минутах.

Механический выпрямитель представляет собой поляризованное реле или вибрационный преобразователь.

Он служит для выпрямления переменного тока, поступающего с измерительной обмотки образца или вторичной обмотки катушки взаимной индуктивности на вольтметр средних значений напряжения переменного тока.

Принципиальная схема осциллографического метода исследования ферромагнитных материалов изображена на рис. 7.5.

7.5.ЗАДАНИЕ

1.Ознакомиться с основными методами определения динамических характеристик ферромагнитных материалов.

2.Построить основную кривую намагничивания методом ферро-

метра.

57

3.Построить динамическую петлю гистерезиса методом ферро-

метра.

4.Зарисовать семейство петель гистерезиса с экрана электронного осциллографа.

5.Исследовать влияние намагничивающего постоянного тока на форму петли гистерезиса исследуемого образца.

7.6.ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1.Собрать схему для исследования ферромагнитного образца при помощи феррометра (см. рис. 7.4).

2.Размагнитить исследуемый образец. Для этой цели увеличить намагничивающий ток в обмотке W1 до максимального, а затем плавно уменьшить его до нуля.

3.Установить намагничивающий ток 0,5 А; установить переключатель П в положение 1. Вращая ротор фазорегулятора, заметить максимальное отклонение стрелки вольтметра и записать показание E1ср max. Установить переключатель П в положение 2.

Вращая ротор фазорегулятора, заметить максимальное отклонение стрелки вольтметра и записать показание E2ср max.

Аналогично снимаются показания вольтметра при других значениях тока через 0,5 А до 4 А. Результаты опытов свести в табл. 7.1. Вычислить В и Н и построить основную кривую намагничивания.

4. Для построения динамической петли гистерезиса необходимо:

−установить намагничивающий ток 2А;

−поставить переключатель в положение 1;

58

−установить ротор фазорегулятора в положение 0° и записать показания вольтметра (Е1ср);

−установить переключатель в положение 2 и, не меняя положение ротора фазорегулятора, записать показания вольтметра (Е2ср);

−повернуть ротор фазорегулятора на 30° и записать показание

вольтметра Е2ср, переключить П в положение 1 и записать значение Е1ср. Аналогично получаются значения Е1ср и Е2ср через каждые 30° в

диапазоне от нуля до 360°.

Результаты опыта свести в табл. 7.2.

5. Собрать схему для исследования ферромагнитного образца с помощью электронного осциллографа (см. рис. 7.5). Отключить внутреннюю развертку осциллографа. Отрегулировать усиление по осям x и y при токе намагничивания 4 А так, чтобы петля гистерезиса не выходила за пределы экрана. Зарисовать семейство петель гистерезиса при токах намагничивания 4, 3, 2, 1 А.

ИСПОЛЬЗУЕМЫЕ ПРИБОРЫ

1.Электронный осциллограф типа GOS – 6030.

2.Лабораторный автотрансформатор ЛАТР на 9А.

3.Амперметр переменного тока со шкалой 5А класса 0,5.

4.Реостат на 10 Ом 5А.

5.Образцовое сопротивление 0,1 Ом.

6.Фазорегулятор.

7.Механический управляемый выпрямитель.

8.Вольтметр магнитоэлектрической системы со шкалой ±5В, кл. 1,0.

9.Магазин емкостей (до 1мкФ).

10.Магазин сопротивлений (до 100 кОм).

59