Смекни!
smekni.com

Электрорадиоматериалы. Методические указания к лабораторным работам (стр. 7 из 8)

При намагничивании внешним магнитным полем происходит поворот векторов магнитных моментов доменов в направлении поля и смещение границ доменов. С увеличением напряженности поля этот процесс замедляется (явление насыщения).


При периодическом перемагничивании ферромагнитного материала наблюдается явление магнитного гистерезиса, т. е. отставание изменения магнитной индукции от изменения напряженности поля. На рис. 7.1 показаны гистерезисные диаграммы при различных предельных значениях напряженности внешнего магнитного поля. Кривая, проходящая через вершины этих диаграмм, называется основной кривой намагничиванияB=f(H). Гистерезисный цикл, при котором достигается насыщение ферромагнитного материала, называется предельным. По нему определяется остаточная индукция Вr(при H = 0) и коэрцитивная сила Нc (при B = 0).

Способность материала к намагничиванию характеризуется абсолютной магнитной проницаемостьюm = В/Н . (7.1)

На рис. 7.2 показана основная кривая намагничивания B=(H) и зависимость абсолютной магнитной прони­цаемости от напряженности внешнего магнитного поля. При определенной величине напря­женности m достигает максимума. Точка а, характеризую­щая этот режим, соответ­ствует касательной Оа, проведенной к основной кривой намагничивания из начала координат. Проницаемость, опреде­ленную в очень слабых полях, называют началь­ной (mн).

Одновременному намагничиванию ферромаг­нитных материалов по­стоянным и переменным полем малой ампли­туды Нт со­ответствует частный гистерезисный цикл с вер­шинами /—2, лежащими на основной кривой намагничивания (см. рис. 7.2). При этом реверсивная (обратимая) проницаемость определяется положением вершинэтого цикла:

где МB, МHмасштабы по осям координат, a – угол наклона к оси абсцисс прямой, соединяю­щей вершины частного гистерезисного цикла. Аналогично определяется дифференциальная магнитная проницаемость:

(7.2)

где b – угол наклона касательной к основной кривой намагничивания в искомой точке.

Для всех упомянутых проницаемостей чаще всего опреде­ляется их относительные значения

(7.3)

где mо = 4p×10-7 Гн/м – магнитная постоянная.

Материалы с узкой петлей гистерезиса (Hc£ 1 кА/м) называют магнит­омягкими, материалы с широкой петлей – магнитотвердыми.

При перемагничивании ферромагнитных материалов в них возникают потери на гистерезис и вихревые токи. При посто­янной амплитуде индукции (Bm= const) потери на гистерезис пропорциональны час­тоте, а потери на вихревые токи – квадрату частоты:

Измерив в этих условиях суммарные магнитные потери Pм1 и Рм2 при двух различных частотах, можно определить постоянные

(7.4)

Для выполнения условия Вm= сопst необходимо дейст­вующее значение напряжения намагничивающей катушки изменять пропорционально частоте (U1/f = const).

Суммарные магнитные потери могут быть определены по площади

динамической вебер-амперной диаграммы y(i):

(7.5)

где Mi, My – масштабы, принятые по осям координат.

Параллельная ориентация спинов в магнитных доме­нах имеет место только ниже определенной для данного ферромагнетика температуры – точки Кюри. При превышении этой температуры спонтанная намагниченность исчезает, и магнитная проницаемость резко падает.

2. Описание экспериментальной установки


Схема установки для исследования свойств ферромагнитных материалов приведена на рис. 7.3.

Схема питается от задающего генератора. Исследуемый ферромагнетик представляет собой тороидальный магнитопровод с двумя обмотками. Последовательно с намагничивающей обмоткой w1 включено небольшое сопротивление R1, напряжение на кото­ром, пропорциональное току i1, подается на горизонтальные пластины осциллографа и на вольтметр V1. На зажимы измерительной обмотки w2 включена интегрирующая цепочка с большим сопротивлением R2 и большой емкостью С. В схеме выбрано

поэтому

(7.6)

где S – сечение сердечника, kо – постоянная, y1 – потокосцепление обмотки w1.

Таким образом, на экране осциллографа можно наблюдать вебер-амперную характеристику y1(i). При этом масштабы по осям:

(7.7)

где Dx, Dy – размах осциллограммы по горизонтали и вертикали соответственно.

Для измерения напря­жений на резисторе R1 и на вторичной обмотке w2 применены цифровые вольтметры с большим входным сопротивлением.

3. Порядок выполнения работы

3.1 Определение масштабов осциллографа Mi, Мy и магнитных потерь на частоте f= 50 Гц.

Установить на входе цепи напряжение частотой 50 Гц, при котором на экране осциллографа наблюдается предельный гистерезисный цикл (когда дальнейшее увеличение входного напряжения не вызывает значительного роста индукции). Регулировкой усиления верти­кального и горизонтального каналов осциллографа добиться, чтобы диаграмма заняла не менее 2/3 экрана. Занести в табл. 7.1 показания вольтметров V1, V2 и размах осциллограммы по горизонтали и вертикали, зарисовать осциллограмму на кальку. Площадь гистерезисного цикла Syi определяется непосредственным подсчетом числа квадратных миллиметров (по миллиметровой бумаге), укладывающихся внутри петли.

Таблица 7.1

Измерения Расчет Примечание
f U1 U2 Dx Syi Мi My I y Pст

w1 = витков

w2 = витков

D = мм

d = мм

h = мм

R1 = Ом

R2 = кОм

Гц В В мм мм мм2 мА/мм Вб/мм мА Вб мВт
50
400

3.2 Определение магнитных потерь на частоте 400 Гц.

Изменить частоту входного напряжения до 400 Гц. Увеличивая напряжение на выходе задающего генератора (примерно в 8 раз), установить размах осциллограммы по вертикальной оси (ym) такой же, как в предыдущем опыте. Произвести измерения и занести результаты в табл. 7.1. Осциллограмму перенести на кальку.

3.3 Снятие основной кривой намагничивания.

Установить частоту входного напряжения 50 Гц. Изменяя величину входного напряжения, определить коорди­наты xm и уm вершин гистерезисных циклов. Результаты занести в табл. 7.2.

Таблица 7.2

Измерения Расчет
xm ym Im ym Hm Bm m mr mдr
мм мм мА Вб А/м Тл Гн/м

4. Оформление отчета

1. Привести схему исследований, данные приборов и исследуемого образца ферромагнитного материала.

2. Перенести на миллиметровку осциллограммы вебер-амперных характеристик y(i), снятые при частотах 50 Гц и 400 Гц, с обозначением и оцифровкой в соответствии с масштабами осей координат. Определить параметры предельного гистерезисного цикла Bm, Br, Hc и, используя справочные таблицы, сделать вывод о материале исследованного ферромагнетика.