Исследование ферромагнитных свойств электротехнической стали.

В качестве исследуемого образца был взят трансформатор марки ТВК-90-ПЦ-5. Количество витков в первичной обмотке ω ₁=173, во вторичной ω ₂=64.

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

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.

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;

ω ₁ и ω ₂ – соответственно число витков в первичной и вторичной обмотке (ω ₁=173, ω ₂=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, 14ּ 10^-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=μ ₀ּ μ ּ H

где μ ₀ — магнитная постоянная, μ ₀=4π ּ 10 ^–7 [Гн/м]

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

Получаем следующие значения:

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

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.