LABORATORIUM MATERIAŁOZNASTWA
WYDZIAŁ: EAiE			Rok: II Grupa: 2/B
Temat ćwiczenia: BADANIE WŁASNOŚCI MATERIAŁÓW MAGNETYCZNYCH			Zespół B: Grzegorz Goraj Piotr Dzik Marcin Czosnek Marcin Dryja Grzegorz Hynek 6. Krzysztof Erd
Data wykonania: 1998-05-27	Data oddania:	Ocena:	7.

Część praktyczna.

Pętlę histerezy badanych materiałów magnetycznych wyznaczamy metodą oscylograficzną. Schemat układu pomiarowego przedstawiamy poniżej:

Pętlę histerezy badanej próbki otrzymujemy na ekranie oscyloskopu doprowadzając do jego płytek poziomych sygnał napięciowy proporcjonalny do natężenia pola H, a do jego płytek pionowych - sygnał proporcjonalny do wartości indukcji B. Napięcie proporcjonalne do H otrzymuje się z rezystora R₁. Napięcie U₂ jest proporcjonalne do wartości indukcji w próbce. Na ekranie oscyloskopu otrzymamy więc pętle histerezy, lecz w odpowiedniej skali. Woltomierz V (mierzący wartość średnią napięcia wtórnego) oraz amperomierz A (mierzący wartość szczytową prądu magnesującego) służą do skalowania osi B i H.

Przy zdejmowaniu granicznej pętli histerezy prąd i₁ dobiera się tak, aby indukcja osiągnęła wartość B_nas.

W celu wyskalowania osi B i H należy:

1. zmierzyć woltomierzem V napięcie U i ze wzoru:

gdzie:

z₂ - liczba zwojów w cewce wtórnej

S_p - pole powierzchni przekroju próbki [m²]

f - częstotliwość pola magnetycznego [Hz]

wyznaczyć współrzędną B_nas.

2. zmierzyć wartość szczytową prądu i₁ (i_1max) i na tej podstawie wyznaczyć wartość H_m ze wzoru:

gdzie:

z₁ - liczba zwojów w cewce pierwotnej

l - średnie długości próbki [m]

Po zmierzeniu współrzędnych wierzchołka pętli H_m i B_nas na oscylogramie oscyloskopu wyznaczamy skalę osi H i B ( wykres dołączamy do pracy).

Badany materiał - blacha transformatorowa.

Badanym materiałem była blacha transformatorowa, w postaci rdzenia, o kształcie przedstawionym na rysunku poniżej:

Na rdzeniu nawinięte były cewki (pierwotna i wtórna) o liczbie zwojów: z₁=150, z₂=750. Średnia droga magnetyczna próbki wynosi w tym przypadku:

Powierzchnia przekroju poprzecznego próbki wynosi:

Wyniki pomiarów:

U [V]	Uśr [V]	I[A]	Imax[A]	μr	Bnas[T]	Hm[A/m]
40	36	0.425	0.60	1970	0.25	101
70	63	0.60	0.85	2449	0.44	143
117.5	106	1.00	1.41	2508	0.75	238
145	131	1.40	1.98	2192	0.92	334
170	153	2.10	2.97	1719	1.08	500

L=0.89[m]; z1=150; z2=750; Sp=0.946*10^-3[m²]; f=50[Hz];₀=4*π*10^-7[Henr/m

.dB [T]	.dH [A/m]	μd
0.06	30	1591
0.06	7.5	6366
0.06	7.5	6366
0.06	27.5	1736
0.06	57.5	830
0.02	57.5	277

]

Badany materiał - stal niskowęglowa krzemowa.

Pętla histerezy przedstawiona jest dla tego materiału na wykresie nr 1.

Badany materiał - stal bezkrzemowa.

Pętla histerezy przedstawiona jest dla tego materiału na wykresie nr 2.

Badany materiał - odlewany ferryt twardy.

Pętla histerezy przedstawiona jest dla tego materiału na wykresie nr 3.

Wnioski.

• Dla odlewu ferrytowego zauważyliśmy efekt magnetostrykcji. Objawiało się to powstawaniem przykrego dźwięku o częstotliwości 100 Hz.

• Zauważyliśmy różnicę pomiędzy kształtami pętli histerezy dla materiałów magnetycznie twardych i miękkich. Materiał magnetycznie twardy charakteryzował się szeroką pętlą histerezy, w przeciwieństwie do materiału magnetycznie miękkiego. Straty histerezy materiału magnetycznie twardego są znaczne i dlatego materiał ten nie nadaje się na budowę rdzeni. Materiał ten jednak bardzo dobrze nadaje się na zastosowanie w dużych silnikach, generatorach gdzie największe znaczenie ma mała stratność materiału.

• Druga próbka to blacha ze stali bezkrzemowej, która nadaje się do zastosowania w wirujących maszynach elektrycznych małej mocy.

• Porównując wartości koercji i remanencji możemy stwierdzić, że materiał dla którego badaliśmy rodzinę pętli histerezy jest raczej materiałem ferromagnetycznym miękkim.

• Wyznaczona przez nas krzywa komutacyjna przypomina charakterystykę magnesowania pierwotnego. Zwiększanie wartości natężenia pola magnetycznego powodowało nasycenie rdzenia przez co wartość indukcji magnetycznej zwiększała się w bardzo małym stopniu.

• Jak widać z wykresu krzywej magnesowania, nie jest ona liniowa, co jest wadą materiałów magnetycznych. Na wykresie przenikalności magnetycznej normalnej μ_r wyraźnie widać, że wielkość μ_r nie jest stała i zależy od natężenia pola H. Może to być przyczyną powstawania znacznie zniekształconego napięcia (prądu) po stronie wtórnej transformatora wykonanego z takiego materiału. W zastosowaniach elektroenergetycznych (transformatory) napięcie zawierałoby wyższe harmoniczne, co jest bardzo niekorzystne dla działania niektórych urządzeń (np. maszyny indukcyjne, energoelektroniczne układy sterowania). W zastosowaniach elektroakustycznych (np. transformator separujący, głośnikowy) powstawałyby znaczne zniekształcenia nieliniowe przenoszonego przebiegu akustycznego.

• Przenikalność magnetyczna badanych materiałów jest kilka tysięcy razy większa niż powietrza.

• Nieuwzględnienie strat w rdzeniu przy projektowaniu urządzenia może być skutkiem przegrzewania się rdzenia, a nawet zmian mechaniczno-fizycznych materiału wskutek przegrzania. W ekstremalnych przypadkach może dojść do uszkodzenia urządzenia (np. zwarcie wskutek przetopienia izolacji). Aby temu zapobiec należy wtedy stosować odpowiednie chłodzenie (czego przykładem są transformatory elektroenergetyczne - rdzeń chłodzony olejem).

• Własności magnetyczne materiałów w znacznym stopniu zależą od składu chemicznego, oraz obróbki mechanicznej. Do określonego zastosowania należy wybrać więc odpowiedni materiał.

---