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.

Перейдем 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 URр 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 UС2, 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 Bmax и напряженности Hmax магнитного поля, а также значения коэрцитивной силы Hс и остаточной магнитной индукции Br.

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.

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

где UC2 – значение напряжение подающиеся на У осциллографа;

URр – значение напряжение подающиеся на Х осциллографа;

RР – сопротивление реостата Rр= 8 Ω;

LСрТр2 – средняя магнитная линия в магнитопроводе трансформатора;

SСрТр2 – 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 LСрТр2 и SТр2.

LСрТр2 – 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, LСрТр2 будет равна длине линии Ф2 (на рис. жирная линия).

После проделанных измерений, результаты которых приведены на рисунке, мы получаем, что LСрТр2=1,14ּ10-1м.

Площадь поперечного сечения магнитопровода определяется произведением ширины и толщины среднего участка магнитопровода, т.е. SСрТр2= 3,91·10 -4 м2.

При наблюдении явления гистерезиса на экрана осциллографа мы получили, что

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

◊ Hmax соответствует 4,30 дл. — 20,64 В;

◊ Вr равно 0,80 дл. — 1,76 В;

◊ Hс равно 0,40 дл.— 1,92 В;

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

◊ Bmax=4,10 Тл;

◊ Hmax=3915,26 А/м;

◊ Вr=0,90 Тл;

◊ Hс=364,21 А/м;

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

B=μ0ּμּH

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

Тогда искомая магнитная проницаемость материала

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

Определим коэффициенты перевода напряжений, соответствующие определенным магнитным величинам

где

Получаем следующие значения:

kB=0,50 [ΩּФ/м 2] ; kH=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.