Лабораторная установка.

В этой части курсовой работы опишем лабораторную установку, при помощи которой производят исследование ферромагнитного материала, а точнее двух типов ферромагнитных материалов (феррит и электротехническая сталь).

Схема установки приведена в приложении.

Установка работает в трех режимах (в зависимости от положения тумблера Тмб):

• 0 – режим нейтрального положения, т.е. напряжение на исследуемые образцы не подано, цепь обесточена;

• I – в этом режиме производят измерение ферромагнитных свойств тороидального феррита М2000НМ типоразмера К20х12х6;

• II – в этом режиме производят исследование магнитопровода трансформатора ТВК-90-ПЦ-5.

Необходимо помнить, что установка работает на переменном напряжении, и во избежании несчастных случаев нужно соблюдать технику безопасности. Также не следует включать режим I при входном напряжении частотой 50 Гц, т.е. в "сеть" ибо это действие может привести к порче оборудования.

При исследовании явления магнитного гистерезиса производится расчеты напряженности магнитного поля и магнитной индукции по выше рассмотренным формулам.

Исследование ферромагнитных свойств электротехнической стали.

В качестве исследуемого образца был взят трансформатор марки ТВК-90-ПЦ-5. Количество витков в первичной обмотке ω₁=173, во вторичной ω₂=64.

Питание схемы осуществляется от ЛАТра (лабораторного автотрансформатора), выходное напряжение которого устанавливается равным 56 В.

П ерейдем к электрической схеме нашей установки, которая приведена в приложении, ниже фрагмент схемы для данного случая, т.е. при положении тумблера Тмб в позиции II:

Для продолжения дальнейшей работы необходимо осуществить калибровку осциллографа, т.е. установить чувствительность на входах (Х) и (Y). Для этого падают сигнал постоянного напряжения определенной величины поочередно на вход (Х), а затем на вход (У). В результате чего по отклонению луча от первоначального положения устанавливают чувствительность осциллографа вольт/деление (в/дл).

Итак, осциллограф Осц находится во включенном положении и его выводы подключены согласно выше приведенной схеме. При это чувствительность по Х составляет 4,8 В/дл (в дальнейшем чувствительность по Х не меняется), а по У путем калибровки устанавливаем чувствительность равную 2,2 В/дл.

При замыкании тумблера Тмб, подаем напряжение на первичную обмотку трансформатора. С реостата Rр снимаем сигнал, который затем подается на вход Х осциллографа. Известно, что ток в реостате Rр пропорционален напряженности магнитного поля (формула ) в исследуемом объекте (трансформаторе), в свою очередь, зная сопротивление реостата и величину напряжения (которое измеряем при помощи осциллографа) можно определить ток, т.е. снимаем зависимость напряжения U_Rр от напряженности магнитного поля.

Затем, питание подается на вход интегрирующей цепочки (пунктирный прямоугольник на схеме). Далее преобразованный сигнал поступает на вход У осциллографа. В результате чего получаем зависимость напряжения U_С2, которое снимается с выхода интегратора импульсов, от магнитной индукции (формула ).

На экране осциллографа получаем петлю гистерезиса, которая характеризует собой потери в магнитопроводе. Полученная зависимость графически представлена на рисунке ниже.

По форме петли определим значение максимальных магнитной индукции B_max и напряженности H_max магнитного поля, а также значения коэрцитивной силы H_с и остаточной магнитной индукции B_r.

Т.к. магнитная индукция и напряженность магнитного поля пропорциональны соответствующем напряжениям, графическая зависимость которых приведена на рисунке (см. ниже), мы можем определить данные величины исходя из полученного графика.

В ыше было рассмотрено, как магнитная индукция и напряженность зависят от напряжения, приведем лишь конечные формулы:

где U_C2 – значение напряжение подающиеся на У осциллографа;

U_Rр – значение напряжение подающиеся на Х осциллографа;

R_Р – сопротивление реостата R_р= 8 Ω;

L_СрТр2 – средняя магнитная линия в магнитопроводе трансформатора;

S_СрТр2 – площадь поперечного сечения магнитопровода трансформатора;

ω₁ и ω₂ – соответственно число витков в первичной и вторичной обмотке (ω₁=173, ω₂=64);

R₂ и С₂ определяются по номинальным данным (см. приложение).

Для продолжения расчетов нам необходимо определить значения L_СрТр2 и S_Тр2.

L_СрТр2 – средняя магнитная линия, которая определяется длиной линии по которой циркулирует магнитный поток Ф.

В нашем случае магнитные потоки Ф₁=Ф₂, в силу симметричности магнитопровода, таким образом, L_СрТр2 будет равна длине линии Ф₂ (на рис. жирная линия).

После проделанных измерений, результаты которых приведены на рисунке, мы получаем, что L_СрТр2=1,14ּ10^-1м.

Площадь поперечного сечения магнитопровода определяется произведением ширины и толщины среднего участка магнитопровода, т.е. S_СрТр2= 3,91·10 ^-4 м².

При наблюдении явления гистерезиса на экрана осциллографа мы получили, что

• B_max соответствует значение равное 3,80 дл., т.е. напряжение при этом равно 8,36 В;

• H_max соответствует 4,30 дл. — 20,64 В;

• В_r равно 0,80 дл. — 1,76 В;

• H_с равно 0,40 дл.— 1,92 В;

Таким образом, подставляя эти данные в формулы (***), мы находим значения магнитной индукции и напряженности, которые равны

• B_max=4,10 Тл;

• H_max=3915,26 А/м;

• В_r=0,90 Тл;

• H_с=364,21 А/м;

Теперь определим максимальную магнитную проницаемость материала μ_max. Известно, что магнитная проницаемость прямо пропорциональна напряженности, т.е.

B=μ₀ּμּH

где μ₀ — магнитная постоянная, μ₀=4πּ10 ^–7 [Гн/м]

Т огда искомая магнитная проницаемость материала

Подставляя, полученные данные мы получаем следующее значение магнитной проницаемости, μ_max=833 Гн/м (электротехническая сталь).

О пределим коэффициенты перевода напряжений, соответствующие определенным магнитным величинам

г де

Получаем следующие значения:

k_B=0,50 [ΩּФ/м ²] ; k_H=189,69 [1/(Ωּм)]

При помощи полученных коэффициентов мы можем определить магнитную проницаемость и напряженность магнитного поля в любой точке полученной кривой (петли гистерезиса), значения которых мы определяем при помощи осциллографа.