Лабораторная работа №16 исследование динамических характеристик ферромагнитных материалов
16.1. Цель работы
Измерение динамической кривой намагничивания. Исследование динамических петель гистерезиса с помощью электроннолучевого осциллографа.
16.2. Подготовка к работе
16.2.1. Изучив описание данной работы и необходимый материал по конспекту лекции и литературным источникам, ответьте на все вопросы для самопроверки.
16.2.2. Проведите предварительные расчеты.
16.2.3. Нарисуйте электрическую схему эксперимента.
16.3. Порядок выполнения работы
16.3.1. Соберите схему по рис. 16.1 для снятия вольтамперной характеристики UL=UL(I)-катушки с ферромагнитным сердечником.
Рис.16.1
В качестве катушки L используется обмотка B-Y трёхфазного трансформатора стенда. Изменяя выходное напряжение ЛАТРа, снимите зависимость UL=UL(I). Данные занесите в табл. 16.1.
Таблица 16.1
I(A) |
0 |
|
|
16.3.2.
Соберите схему по рис. 16.2 для наблюдения
динамической петли гистерезиса.
UL(В) |
0 |
|
260 |
Рис.16.2
На схеме:
резистор rp - реостат стенда,
резистор r - резистор стенда R6=106 Ом,
конденсатор С=0,25 мкФ
На
вход вертикального отклонения луча Y
подаётся напряжение uу(t),
пропорциональное
В(t),
а на вход горизонтального отклонения
луча напряжение
ux(t),
пропорциональное H(t).
Намагничивающий ток I1
контролируется
по амперметру PА
и устанавливается с помощью ЛАТРа. На
предварительно построенной характеристике
UL=UL(I)
выберите
три характерные точки с токами I1’>
I1’’>I1’’’
так, чтобы производные
в
этих
точках существенно отличались друг от
друга. Запишите эти значения.
Установите с помощью ЛАТРа первое значение тока I= I1’ . Регулировкой реостата rp установите необходимый размер изображения по оси X (максимально возможный).
Аттенюатором осциллографа установите максимально возможное значение усиления по каналу Y для наблюдения всей петли гистерезиса. Зарисуйте петлю с экрана. Измерьте сопротивление реостата rp. Запишите установленный масштаб mУ[В/см] для вертикального канала осциллографа. Повторите опыт для токов I1= I1’’ и I1= I1’’’ .
16.4. Обработка результатов измерений
16.4.1. По данным табл. 16.1 постойте ВАХ UL=UL(I).
16.4.2. Динамическая кривая намагничивания представляет зависимость Bm=B(Hm), где Вm амплитудное значение магнитной индукции при амплитудном значении Hm напряженности магнитного поля определённой частоты. Учитывая, что ВАХ катушки UL=UL(I) подобна динамической кривой намагничивания Bm=Bm (Hm), амплитуда напряженности магнитного поля
,
(16.1)
где w - число витков катушки,
lcp - длина средней линии напряженности магнитного поля.
Амплитуда магнитной индукции
,
(16.2)
где f-частота (50 Гц),
S` - сечение магнитопровода (1000 мм2),
w1= 858 витков,
lCP=325 мм.
Постройте график динамической кривой намагничивания.
16.4.3. Динамическая петля гистерезиса представляет зависимость B=B(H), где B(t) и H(t) - мгновенные значения магнитной индукции и напряженности магнитного поля. Для расчёта значений B(t) и H(t) по ординатам и абсциссам Ly и Lx [см] с помощью соотношений H(t)=MxLx, B(t)=MYLY необходимо найти масштабные коэффициенты MX и МY.
Напряжение
uX(t)=i1(t)rP
или с учётом, что
имеем
,
откуда
.
Напряжение UX=mX LX, где mX - масштаб в В/см для горизонтального канала осциллографа. Коэффициент mX находим из формулы
,
где LXMAX - максимальный размер по оси X.
После подстановок
имеем
.
Напряжение на
обмотке w2
будет
.
Если сопротивление
резистора r2
значительно превышает остальные, то в
цепи будет протекать ток:
.
Так как напряжение на конденсаторе есть
интеграл тока i2,то
в итоге имеем
uC=uy=
.
Откуда
.
Масштаб mY[
]
по вертикальному каналу позволяет найти
масштабный коэффициент
.
Учитывая, что w2
= 78 витков, находим масштабные коэффициенты
MX
и МY.
16.4.4. Проанализируйте и объясните полученные результаты. Сделайте выводы.
16.5. Вопросы для самопроверки
16.5.1. Как устроена катушка с замкнутым ферромагнитным сердечником. В чём его особенность?
16.5.2. Запишите уравнение для катушки с замкнутым магнитопроводом. В чём его особенность?
16.5.3. Что такое эквивалентная синусоида?
16.5.4. Что понимают под основным потоком?
16.5.5. Как влияет переход к эквивалентным синусоидам на уравнение катушки?
16.5.6. Охарактеризуйте потери мощности в катушке?
16.5.7. Как построить векторную диаграмму катушки?
16.5.8.Как представляется эквивалентная схема катушки с ферромагнитным сердечником?
16.5.9. Что такое динамическая кривая намагничивания?
16.5.10. Что значит динамическая петля гистерезиса?
16.5.11. Отчего зависят потери на вихревые токи и гистерезис?
16.5.12. Какие функции выполняет цепочка из элементов r и С, из какого условия она вытекает?
16.5.13. Выведите формулу (16.1.).
16.5.14. Выведите формулу (16.2.).