Cel i zakres ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było wyznaczenie pętli histerezy, oraz dynamicznej krzywej namagnesowania próbek wykonanych z blachy transformatorowej M4 || i M4 ⊥ metodą oscylograficzną. Należało także wyznaczyć stratność próbek oraz przenikalność dynamiczną krzywej namagnesowania.

Opis czynności wykonanych w ćwiczeniu:

Badanie pętli histerezy:

Wyznaczenie dynamicznej krzywej magnesowania:

Spis przyrządów użytych w ćwiczeniu:

Schemat układu pomiarowego:

gdzie: AT - autotransformator do regulacji napięcia sieciowego, TR - transformator separujący i obniżający napięcie, TP - transformator powietrzny, R_n - rezystor wzorcowy, A - amperomierz, P - badana próbka, PC - przetwornik całkujący, OS - oscyloskop, V₁, V₂ - woltomierze cyfrowe z przetwornikami wartości średniej napięcia

Wyniki pomiarów i obliczenia:

Wartość szczytową natężenia pola magnetycznego można wyliczyć ze wzoru:

gdzie:

U₁ - wskazanie woltomierza U₁ [V]

Z₁ - liczba zwojów uzwojenia magnesującego

f - częstotliwość napięcia zasilającego [Hz]

M - indukcyjność wzajemna transformatora powietrznego [H]

L_s - średnia długość obwodu magnetycznego

Wartość szczytową indukcji magnetycznej można wyliczyć ze wzoru:

gdzie:

U₂ - wskazanie woltomierza U₂ [V]

Z₂ - liczba zwojów uzwojenia napięciowego

f - częstotliwość napięcia zasilającego [Hz]

S - przekrój poprzeczny próbki

Stąd dla B_m.=1[T]

Przekrój poprzeczny próbki można wyliczyć ze wzoru:

gdzie:

m - masa próbki [kg]

L_g - długość geometryczna próbki [m]

ρ - gęstość materiału próbki [kg/m³]

Stąd obliczenia dla blachy transformatorowej M4 ||

[kg]

[m]

[kg/m³]

[m²]

Dla:

[T]

[Hz]

[m²]

[V]

Dla:

1.2 [V]

[Hz]

[H]

0,94[m]

[A/m]

Stąd obliczenia dla blachy transformatorowej M4 ⊥

[kg]

[m]

[kg/m³]

[m²]

Dla:

[T]

[Hz]

[m²]

[V]

Dla:

8.9 [V]

[Hz]

[H]

0,94[m]

[A/m]

Wyniki uzyskane na podstawie pomiarów:

Pętla histerezy dla blachy transformatorowej M4 ||

Pętla histerezy dla blachy transformatorowej M4 ⊥

Obliczanie przenikalności dynamicznej:

Przenikalność dynamiczną można obliczyć ze wzoru:

gdzie:

B_m - maksymalna wartość indukcji [T]

H_m - maksymalna wartość natężenia pola [A/m]

μ₀ - przenikalność magnetyczna próżni (
[H/m])

stąd dla blachy transformatorowej M4 ||

[T]

[A/m]

[H/m]

otrzymamy:

stąd dla blachy transformatorowej M4 ⊥

[T]

[A/m]

[H/m]

otrzymamy:

Pomiary dynamicznej krzywej namagnesowania:

Wykresy dynamicznej krzywej namagnesowania:

Obliczenie stratności próbki:

Stratność próbki, inaczej strata mocy pola elektromagnetycznego w jednostce masy próbki, można obliczyć ze wzoru:

gdzie:

α, β - współczynniki skali

σ - powierzchnia pętli histerezy [mm²]

ρ - gęstość materiału próbki [kg/m³]

f - częstotliwość napięcia zasilającego [Hz]

Współczynniki skali można obliczyć ze wzorów:

,

gdzie:

B_m - maksymalna wartość indukcji [T]

H_m - maksymalna wartość natężenia pola [A/m]

a, b - współrzędne (odpowiednio x, y) położenia wierzchołka pętli histerezy na kalce

Stąd dla blachy transformatorowej M4 ||

[mm]

[mm]

[A/m]

[T]

[Hz]

115[mm²]

[kg/m³]

Stąd dla blachy transformatorowej M4 ⊥

[mm]

[mm]

[A/m]

[T]

[Hz]

115[mm²]

[kg/m³]

Wyniki uzyskane na podstawie pomiarów:

WNIOSKI:

Dla próbek blach elektrotechnicznych wykonanych z takiego materiału ich właściwości magnetyczne różnią się od siebie. Wynika to w sposobie wykrojenia próbek. Próbka wycięta prostopadle do płaszczyzny krojenia i dla tej samej wartości napięcia U₂ indukcja magnetyczna B, a co za tym idzie przenikalność magnetyczna jest większa niż dla próbki wyciętej równolegle do płaszczyzny krojenia. Wynika również większa stratność dla tej próbki.

Najbardziej miękkim ferromagnetykiem okazała się blacha transformatorowa M4 ||. Charakteryzowała się węższą pętlą histerezy. Maksymalna wartość natężenia pola dla tej próbki wyniosła 23,002 [A/m].

Przyglądając się kształtom pętli histerezy badanych próbek, można zauważyć wpływ obróbki technologicznej materiału na wartość tzw. pozostałości magnetycznej (czyli magnetyzmu szczątkowego), oraz na wartość natężenia powściągającego (tzn. natężenia pola o przeciwnym kierunku, które należy wymusić, aby zlikwidować magnetyzm szczątkowy).

Stratność próbki blachy transformatorowej M4⊥ była największa i wyniosła 1,36, a więc strata mocy pola elektromagnetycznego przypadającego na jednostkę masy jest największa. Dla porównania, stratność próbki blachy transformatorowej M4 || wyniosła 0,41 i była najmniejszą wśród badanych próbek.

Największą przenikalność dynamiczną posiadała blacha transformatorowa M4 || i wyniosła ona 36054,615. Jest to najlepszy materiał do pracy ze zmiennym polem magnetycznym.

Warunki wykonania pomiarów: