Лабораторная работа № 4/м Исследование свойств магнитомягких материалов

Цель работы - измерять основную кривую намагничивания и исследовать влияние напряженности магнитного поля на параметры магнитомягких материалов.

[1, с.58-66]; [2, с.427-481]; [3, c.296-358]; [4, c.267-298].

Методика проведения эксперимента

В работе исследуется два типа магнитомягких сердечников:

1. Железоникелевый сплав (пермаллой) типа 50НХС.

2. Низкочастотный магнитомягкий феррит типа 1000НМ.

В данной работе использован индукционный метод измерения основной кривой намагничивания в переменном магнитном поле частотой 50 Гц (рис. 4.1). На броневой сердечник, изготовленный из исследуемых материалов, наносят две обмотки: первичная с числом витков w₁ и вторичная с числом витков w₂.

Из теории электромагнетизма известно, что напряженность магнитного поля в образце пропорциональна току в намагничивающей первичной обмотке трансформатора переменного напряжения. Следовательно, напряжение на активном резисторе R_i пропорционально напряженности магнитного поля Н и определяется как

, (4.1)

где I₁ − ток первичной обмотки;

U_R – эффективное значение напряжения, регистрируемое вольтметром V1 в положении U_R переключателя К1;

w₁ − число витков первичной обмотки;

l_cp − средняя длина магнитного сердечника.

Во вторичной обмотке трансформатора под воздействием магнитного поля возникает э.д.с. самоиндукции. При этом вольтметр V1, подключенный к выводам вторичной обмотки (положение U переключателя К1), покажет эффективное значение напряжения U. При этом значение магнитной индукции В можно определить из значений этого напряжения

, (4.2)

где S_С - площадь поперечного сечения магнитопровода;

f =50 Гц – частота переменного поля;

w₂ − число витков вторичной обмотки;

U – эффективное значение напряжения, регистрируемое вольтметром V1 в положении U переключателя К1;

k_С − поправочный коэффициент заполнения сердечника магнитным полем.

Таким образом, согласно схеме, приведенной на рис.4.1, потенциометром R1 необходимо выставить требуемый ток первичной обмотки, который определяется косвенным методом путем измерения падения напряжения U_К вольтметром V1 на резисторе R_i в положении переключателя К1 «U_R». После чего переключить вольтметр V1 в положение «U» и измерить напряжение U на вторичной обмотке. Значения напряженности H и индукции B магнитного поля в магнитном сердечнике можно рассчитать по выражениям (4.1) и (4.2), соответственно.

Домашнее задание

1. Изучить основные параметры магнитомягких материалов.

2. Подготовить протокол лабораторной работы, в котором начертить схему измерительного стенда и таблицы экспериментальных результатов 4.1 и 4.2.

Задание к лабораторной работе

1. Подготовка измерительного стенда к измерению основной кривой намагничивания.

1. Установите плату с исследуемыми образцами магнитных материалов в разъемы на верхней поверхности измерительного стенда.

2. В правые гнезда стенда включите вольтметр, установленный в режим измерения переменных напряжений на пределе 2.0000 В. Включите вольтметр.

3. Движок потенциометра R1 установите в крайнее левое положение, что соответствует отсутствию напряжения на первичной обмотке исследуемого образца.

4. Включите измерительный стенд в сеть. При этом загорится светодиод.

2. Исследование магнитных свойств сердечника из пермаллоя 50НХС.

0. Установите перемычку J1 в положение 1.

1. Установите тумблер K1 в положение «U_R». Потенциометром R1, изменяя ток в первичной обмотке образца, установите по вольтметру V1 напряжение U_R =0,005 В.

2. Переключите тумблер K1 в положение «U». При этом тестер покажет значение напряжения U на вторичной обмотке образца. Полученные результаты занесите в таблицу 4.1.

3. Повторите п.2.2…п.2.3 для значений напряжений U_R, указанных в таблице 4.1.

4. Рассчитайте значения напряженности Н и индукции В магнитного поля согласно выражениям (4.1) и (4.2), соответственно.

5. Постройте по полученным данным основную кривую намагничивания .

6. Аппроксимируя основною кривою намагничивания до насыщения определите индукцию насыщения В_S пермаллоя.

7. Рассчитайте значения статической магнитной проницаемости для всех значений напряженности магнитного поля, используя выражение (4.9) и пояснения к рис.4.6. Результаты занесите в таб.4.1.

8. Постройте график зависимости . По этой зависимости определите начальную и максимальную статическую магнитную проницаемость пермаллоя, воспользовавшись пояснениями к рис.4.6.

9. Рассчитайте значения динамической магнитной проницаемости для всех значений напряженности магнитного поля используя выражение (4.10) и пояснения к рис.4.6. Результаты занесите в таб.4.1.

10. Постройте график зависимости . По этой зависимости определите максимальную динамическую магнитную проницаемость пермаллоя, воспользовавшись пояснениями к рис.4.6.

11. Сравните полученные данные со справочными значениями пермаллоя марки50НХС.

Таблица 4.1 Исследование сердечника из пермаллоя марки 50НХС

w1	lcp, мм	w2	SC, мм2	kC	Ri,Ом	UR, В	U, В	H, A/м	B, Тл	μст	μдин
2000	47,5	200	30	1,1	10	0	0
2000	47,5	200	30	1,1	10	0,005
2000	47,5	200	30	1,1	10	0,0075
2000	47,5	200	30	1,1	10	0,01
2000	47,5	200	30	1,1	10	0,015
2000	47,5	200	30	1,1	10	0,03
2000	47,5	200	30	1,1	10	0,05
2000	47,5	200	30	1,1	10	0,075
2000	47,5	200	30	1,1	10	0,1
2000	47,5	200	30	1,1	10	0,2
2000	47,5	200	30	1,1	10	0,3

3. Исследование магнитных свойств сердечника из феррита 1000НМ.

1. Установите перемычку J1 в положение 2.

2. Установите тумблер K1 в положение «U_R». Потенциометром R1, изменяя ток в первичной обмотке образца, установите по вольтметру V1 напряжение U_R =0,05 В.

3. Переключите тумблер K1 в положение «U». При этом тестер покажет значение напряжения U на вторичной обмотке образца. Полученные результаты занесите в таблицу 4.2.

4. Повторите п.2.2…п.2.3 для значений напряжений U_R, указанных в таблице 4.2.

5. Рассчитайте значения напряженности Н и индукции В магнитного поля согласно выражениям (4.1) и (4.2), соответственно.

6. Постройте по полученным данным основную кривую намагничивания .

7. Аппроксимируя основною кривою намагничивания до насыщения определите индукцию насыщения В_S пермаллоя.

8. Рассчитайте значения статической магнитной проницаемости для всех значений напряженности магнитного поля, используя выражение (4.9) и пояснения к рис.4.6. Результаты занесите в таб.4.2.

9. Постройте график зависимости . По этой зависимости определите начальную и максимальную статическую магнитную проницаемость пермаллоя, воспользовавшись пояснениями к рис.4.6.

10. Рассчитайте значения динамической магнитной проницаемости для всех значений напряженности магнитного поля, используя выражение (4.10) и пояснения к рис.4.6. Результаты занесите в таб.4.2.

11. Постройте график зависимости . По этой зависимости определите максимальную динамическую магнитную проницаемость пермаллоя, воспользовавшись пояснениями к рис.4.5.

12. Сравните полученные данные со справочными значениями феррита марки 1000НМ.

Таблица 4.2 Исследование сердечника из феррита марки 1000НМ

w1	lcp, мм	w2	SC, мм2	kC	Ri,Ом	UR, В	U, В	H, A/м	B, Тл	μст	μдин
700	72,5	200	45,5	1,25	10	0	0
700	72,5	200	45,5	1,25	10	0,05
700	72,5	200	45,5	1,25	10	0,1
700	72,5	200	45,5	1,25	10	0,15
700	72,5	200	45,5	1,25	10	0,2
700	72,5	200	45,5	1,25	10	0,3
700	72,5	200	45,5	1,25	10	0,4
700	72,5	200	45,5	1,25	10	0,5
700	72,5	200	45,5	1,25	10	0,75
700	72,5	200	45,5	1,25	10	1
700	72,5	200	45,5	1,25	10	1,25
700	72,5	200	45,5	1,25	10	1,5
700	72,5	200	45,5	1,25	10	2

4. Сделайте выводы по работе, в которых поясните полученные результаты.