ЭТМ лаба 2

МИНИСТЕРСТВО НАУКИ И ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Федеральное государственное бюджетное образовательное

учреждение высшего образования

«Тольяттинский государственный университет»

Институт химии и энергетики

Кафедра «Электроснабжение и электротехника»

13.03.02 «Электроэнергетика и электротехника»

«Основы электромеханики»

Отчет по лабораторной работе №2

«Электротехнические материалы»

Работу выполнил(-и): Назаров М.О.

Преподаватель: Прядилов А.В.

Тольятти 2021 г.

Содержание

Основная часть 3

1. Цель работы 3

2. Программа работы 3

3. Описание лабораторной установки и методики проведения опыта 3

4. Ход работы 8

Заключение 12

Выводы 12

Список использованных источников 13

1. Цель работы

Изучение методики расчета основных характеристик и исследования свойств магнитных материалов, а также физических процессов, связанных с магнетизмом.

2. Программа работы

1. Изучить методическое указание для работы с генератором звуковых частот (ЗГ).

2. Изучить методические указания для работы с осциллографом.

3. Познакомиться с установкой для выполнения работы и методикой измерения магнитных характеристик.

4. Получить осциллограммы гистерезисного цикла в координатах В, Н при различных предельных значениях напряженности внешнего магнитного поля.

5. Построить основную кривую намагничивания исследуемого образца.

6. Нанести масштабы на координатные оси.

7. Определить максимальную В_т и остаточную В_г- индукции, коэрцитивную силу Н_с, начальную μ_н, максимальную динамическую μ_~ и дифференциальную магнитные проницаемости, а также удельные потери Р_уд.

8. Сделать письменно выводы по проделанной работе.

3. Описание лабораторной установки и методики проведения опыта

Описание установки для исследования свойств магнитных материалов.

На рис. 1 дана принципиальная схема лабораторной установки, а на рис. 4 - ее упрощенная схема.

Испытуемый магнитный материал имеет форму кольца, на которое намотана первичная W₁ и вторичная W₂ обмотки. На первичную обмотку через сопротивление R, подается переменное напряжение с генератора звуковых частот ЗГ.

Рисунок 1- Принципиальная электрическая схема лабораторной установки

Рисунок 2 - Упрощенная схема лабораторной установки

Напряженность магнитного поля в испытуемом образце Н пропорциональна току в намагничивающей обмотке W₁. Следовательно, напряжение на активном сопротивлении R_l пропорционально напряженности магнитного поля. Это напряжение подается на горизонтально отклоняющиеся пластины электронного осциллографа (ЭО).

Под действием магнитного поля в обмотке W₂ возникает ЭДС Е₂. С конденсатора C1 напряжение, пропорциональное Е₂, подается на вертикально отклоняющиеся пластины осциллографа.

Напряжение на конденсаторе:

,

где С₁ - емкость конденсатора интегрирующей цепочки; i - ток в интегрирующей цепочке.

При R₂>>1/ ω·С ток i ≈ E₂/R₂, ЭДС вторичной обмотки

E = W₂S(dB/dt),

где S - сечение магнитопровода тороидального трансформатора. При подстановке в формулу значения Е₂ получим:

т.е. напряжение на конденсаторе пропорционально индукции в образце магнитного материала.

Если на вертикально и горизонтально отклоняющиеся пластины электронного осциллографа напряжения подаются одновременно, то на его экране изображается кривая зависимости магнитной индукции В от напряженности магнитного поля Н, т.е. на экране осциллографа можно наблюдать гистерезисный цикл испытуемого магнитного материала.

Геометрическое место вершин гистерезисных циклов, полученных при различных значениях напряженности поля, дает основную кривую намагничивания.

Для измерения магнитных свойств материала с генератора звуковых частот ЗГ переменное напряжение через сопротивление подается на первичную обмотку W₁ тороидального трансформатора Т, магнитопроводом которого является испытуемый магнитный материал (рис.3).

С сопротивления R₁ напряжение, пропорциональное току первичной обмотки, через контакты 5,4 переключателя П подается на горизонтально отклоняющиеся пластины «X» осциллографа.

Со вторичной обмотки W₂ трансформатора Т напряжение подается на интегрирующую цепочку C₁R₂, параметры которой изменяются переключателями S₁, S₂, с конденсатора С напряжение подается на отклоняющиеся пластины «Y» осциллографа. При этом на экране осциллографа будет изображен гистерезисный цикл.

Для определения масштаба по осям В и Н необходимо выполнить калибровку полученного сигнала, т.е. калибровку осциллографа. Порядок выполнения калибровки изложен в инструкции по эксплуатации осциллографа и в методике работы с осциллографом. Следует помнить, что при калибровке сигнала по входу «Y» переключатели S₁ и S₂ необходимо поставить в положение «О», чтобы интегрирующая цепочка не шунтировала вход «Y» осциллографа.

Указания к выполнению работы

Перед началом измерений на генераторе звуковых частот ручку плавной регулировки напряжения установить в положение «минимальное напряжение», ручку ΔdВ в положение 0, тумблер «внутренняя нагрузка» в положение «выключено», ручку «множитель» - в положение 1.

Подготовка осциллографа к работе, органы управления и работа с осциллографом изложены в «Методике работы с осциллографом».

Подключить к схеме трансформатор с испытуемым образцом.

Подать питание на генератор звуковых частот и осциллограф и дать им прогреться в течение 3-5 минут.

Подготовить осциллограф для работы - отрегулировать яркость и фокусировку луча и установить его в центре экрана.

По указанию преподавателя установить необходимую частоту генератора звуковых частот и переключателями S_t и S₂ выбрать параметры интегрирующей цепочки.

Увеличивая выходное напряжение генератора звуковых частот и подбирая усиление по каналам «X» и «У» осциллографа, добиться получения на экране изображения предельного гистерезисного цикла. Изображение гистерезисной петли по горизонтали и вертикали должно быть таким, чтобы координаты вершин петли были равны 40-50 мм.

При дальнейших измерениях ручки усиления по каналам «X» и «У» остаются в одном положении.

Перевести на кальку изображение предельного гистерезисного цикла.

Для снятия основной кривой намагничивания необходимо постепенно уменьшить напряжение на выходе генератора звуковых частот от максимального значения до нуля. На той же кальке отмечать вершины гистерезисных петель через каждые 3-5 мм. Не снимая кальки с экрана, изобразить на ней координатные оси.

Для определения масштаба координатных осей выполняется калибровка осциллографа.

М асштаб по горизонтальной оси вычисляется по формуле, (А/мм дел.):

где W₁ - число витков намагничивающей обмотки;

U_h – чувствительность осциллографа по оси «Н», [В/дел];

R_t - величина сопротивления, Ом;

l_ср- средняя длина силовых линий магнитного поля, м.

М асштаб по вертикальной оси вычисляется по формуле, (Тл/дел.):

где W₂ - число витков измерительной обмотки;

U_B - чувствительность осциллографа по оси «В», [В/дел.];

С₁ - емкость конденсатора интегрирующей цепочки, Ф;

R₂ - величина сопротивления интегрирующей цепочки, Ом;

S-площадь сечения магнитопровода, м².

Нанести масштаб на координатные оси.

По полученной предельной петле гистерезиса и по основной кривой намагничивания определить В_м, В_r, Н_с, дифференциальную магнитную проницаемость, µ_r, µ_rнач, µ_гmах, Р_уд - удельные потери, которые рассчитываются по формуле, (Вт/кг):

г де S_n - площадь петли гистерезисного цикла, дел²;

D - плотность материала, кг/м³;

f - частота, Гц.

4. Ход работы

Рисунок 1 – Предельный гистерезесный цикл

Заданные параметры

Величина сопротивления R₁ = 1 Ом

Величина сопротивления интегрирующей цепочки R₂ = 16 кОм

Ёмкость конденсатора интегрирующей цепочки C = 2,7 нФ

Площадь сечения магнитопровода S = 6 мм²

Средняя длина силовых линий магнитного поля l_ср = 2,8 см

Плотность материала D = 3500 кг/м³

Число витков измерительной обмотки W₁ = W₂ = 15

Частота питающего напряжения, f = 60 кГц

Чувствительность осциллографа по горизонтальной оси U_x = 50 мВ/дел

Чувствительность осциллографа по вертикальной оси U_y = 0,2 В/дел

Расчётная часть

Масштаб по горизонтальной оси вычислим по формуле (1):

Масштаб по вертикальной оси вычислим по формуле (2):

Теперь, когда мы получили масштабы для каждой из осей осциллографа, с помощью рис.1 мы можем найти:

Максимальная индукция B_m = 268,8 мТл

Остаточная индукция В_г = 96 мТл

Коэрцитивная сила Н_с = 21,42 А/м

Построим график основной прямой намагничивания, как график зависимости В = f(H)

Рисунок 2 - График основной прямой намагничивания

Рисунок 3 - График зависимости µ = f(H)

По графику зависимости µ = f(H) нашли значение максимальной проницаемости µ_max = 2950 Гн/м.

Для расчёта удельных потерь, необходимо рассчитать площадь полученной петли гистерезиса. Воспользуемся формулой Пика для расчёта многоугольников:

S=В+Г/2-1,

где В – точки пересечения сетки внутри фигуры, Г – точки пересечения фигуры и узлов сетки.

Рисунок 4 – сетка для расчёта площади

S = 27+3/2-1 = 27,5

Выводы

Опираясь на значение коэрцитивной силы Н_с = 21,42 А/м, отличную магнитопроводимость µ_max = 2950 Гн/м, так же форму графика зависимости µ = f(H), можем сделать вывод, что материалом исследуемого сердечника является технически чистое железо, значения этих величин для которого, согласно табличным данным: Н_с = 22 А/м, µ_max = 3000 Гн/м при 0,5В.

Список использованных источников

1. Богородицкий, Н.П. Электротехнические материалы / Н.П. Богородицкий, В.В. Пасынков, Б.М. Тареев. – Ленинград: Энергия, 1977. – 352 с.

2. Пасынков, В.В. Материалы электронной техники / В.В. Пасынков, В.С. Сорокин. – М.: Высш. шк., 1986. – 367 с.