Badanie materiałów ferromagnetycznych, LABMET2, Politechnika ˙l˙ska


Politechnika Śląska Studia Wieczorowe

w Gliwicach Wydział Elektryczny

Sem. III 1995/96

Grupa: 3

Sprawozdanie

Temat: Badanie materiałów

ferromagnetycznych.

Sekcja II:

1) Białymazur Mariusz

2) Czyż Aleksander

3) Rocznik Dariusz

4) Samulak Dariusz

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest poznanie wybranych metod badania ferromagnetyków i warunków ich przeprowadzania. Wykonano pomiary określające własności dynamiczne blach transformatorowych aparatem Epsteina 25 cm przy częstotliwości 50 Hz.

2. Wstęp teoretyczny.

Materiały ferromagnetyczne znalazły bardzo szerokie zastosowanie w elektrotechnice, trudno sobie dzisiaj wyobrazić istnienie życia bez silnika elektrycznego czy transformatora nie mówiac o generatorach prądotwórczych - urządzeniach produkujących energię elektryczną. Aby optymalnie wykorzystać materiał użyty do budowy urządzenia należy najpierw poznać jego właściwości fizyczne. Większość parametrów fizycznych materiałów wyznaczamy doświadczalnie, w przypadku ferromagnetyków to przypadek labolatoryjnego wyznaczania charakterystyk statycznych oraz dynamicznych danej próbki materiału wyprodukowanej według ściśle określonej technologii. Dla ferromagnetyków najistotniejszymi parametrami są zależności indukcji pola magnetycznego B od natężenia tego pola H, próbka badanego materiału powinna stanowić zamknięty obwód magnetyczny. Najprostszym układem do pomiarów zależności B = f (H) jest układ podany na poniższym schemacie :

uzwojenie Zp stanowi przetwornik indukcyjny do pomiaru indukcji B, natężenie pola magnetycznego H oblicza się z zależności:

0x01 graphic

Badania materiałów ferromagnetycznych metodami zmiennoprądowymi przeprowadza się w celu uzyskania charakterystyk dynamicznych, w których to operuje się wartościami maksymalnymi Bm i Hm. Indukcję magnetyczną Bm w badanej próbce wyznaczamy z pomiaru wartości skutecznej SEM wyindukowanego w uzwojeniu pomiarowym badanej próbki i obliczamy z zależności:

0x01 graphic

natężenie pola magnetycznego Hm wiąże się z pomiarem wartości szczytowej prądu magnesującego płynącego przez szeregowo połączone uzwojenia magnesujące wzorca indukcyjności wzajemnej oraz Aparatu Epsteina:

0x01 graphic

a mierzonej woltomierzem UH wartości tego napięcia. Po przekształceniu wyżej podanych zależności otrzymujemy, że:

0x01 graphic

Stosując wytyczne zawarte w PN-84/H-04450 dla wyznaczenia charakterystyk dynamicznych należy:

- oznaczyć próbkę (wymiary, liczba pasków, gęstość materiału)

- wyznaczyć efektywną powierzchnię przekroju poprzecznego

- wyznaczyć efektywną masę czynną próbki

- wyznaczyć wartość natężenia pola magnetycznego Hm odpowiadającego napięciu UN

- obliczyć wartość stratności magnetycznej

3. Przebieg ćwiczenia

W celu dokonania pomiarów wielkości elektrycznych niezbędnych do wyznaczenia charakterystyk B = f (H), p = f (B) oraz p = f (H) zmontowano następujący układ pomiarowy:

Atr - autotransformator typu TaR - 2,5 0÷250 V; 2,5 kVA; 10 A,

TS - transformator separujący Imx ≤ 5 A,

M - indukcyjność wzajemna , M = 0,0034 H; Imx ≤ 3 A,

EP - aparat Epsteina 25 cm nr 10/78; z1 = 700; z2 = 700;

RN - rezystor wzorcowy 1Ω,

Pw - watomierz ferrodynamiczny typu EL-21 nr 722 8753; Rv = 5 kΩ; kl.0,5; cosφ = 0,1;

RA = 0,03 Ω; zakres 75 V/ 2,5 A (1dz = 0,125 W)

VH/VB - woltomierze cyfrowe typu V531 i V534 nr 1566 i 7358,

Rv = 100 MΩ; Uzakr=10, 100 V; kl.0,5,

A - amperomierz elektromagnetyczny typu LE-1, nr 304031, RA (1A) = 950 mΩ;

RA (2A) = 240 mΩ;

RC - układ uśredniający typu RC, τ = 235 ms,

O - oscyloskop typu SD-501XY nr 80441, Vx,Vy = 0,5 V/cm

Celem pomiarów obiętych naszym ćwiczeniem było zebranie pewnej liczby wyników wykazanych przez przyrządy pomiarowe dla wymuszenia prądu magnesującego I z przedziału 0 - 1 A z krokiem 0,05A. Uzyskane wyniki pomiarów zawiera poniższa tabela.

Tabela wyników pomiarów

I [A]

UH [V]

HM [A/m]

UB [V]

BM [T]

Pw [W]

U [V]

p [W/kg]

p' [VA/kg]

0,10

0,11

123

23,22

0,9404

1,625

24

1,577096

2,41372

0,15

0,21

234,81

27,10

1,0976

2,25

27

2,1861933

4,22557

0,20

0,32

357,8

29,38

1,1899

2,75

29,5

2,6791716

6,10811

0,25

0,41

458,44

30,66

1,2417

3

31

2,9230695

7,96778

0,30

0,54

603,8

31,80

1,2879

3,25

32

3,1681414

9,91684

0,35

0,65

726,79

32,50

1,3163

3,5

32,5

3,418659

11,82432

0,40

0,76

849,79

33,08

1,3397

3,625

33

3,5406889

13,75468

0,45

0,87

972,78

33,50

1,3568

3,75

33,5

3,6648129

15,67048

0,50

1,09

1218,77

34,20

1,3851

3,875

34

3,7848981

17,77547

0,55

1,24

1386,49

34,63

1,4025

4

34,5

3,9086826

19,79886

0,60

0,65

1,35

1509,49

34,89

1,413

4

35

3,9049247

23,57432

0,70

1,48

1654,85

35,20

1,4256

4,125

35

4,0303451

25,61331

0,75

1,58

1766,66

35,43

1,4349

4,25

35

4,1569054

27,62214

0,80

1,71

1912,02

35,68

1,445

4,25

35,5

4,1532095

29,67152

0,85

1,79

2001,47

35,86

1,4523

4,375

36

4,2804699

31,68503

0,90

1,90

2124,47

36,09

1,4616

4,375

36

4,2770295

33,76403

0,95

2,02

2258,64

36,34

1,4718

4,375

36

4,2732649

35,88669

1,00

2,18

2437,55

36,58

1,4815

4,5

36,5

4,3995642

38,02495

0,95

2,03

2269,82

36,32

1,471

4,375

36

4,2735671

35,86694

0,90

1,93

2158,01

35,15

1,4236

4,375

36

4,2909517

32,88462

0,85

1,81

2023,83

35,90

1,454

4,313

36

4,2154241

31,72037

0,80

1,68

1878,48

35,72

1,4467

4,25

36

4,1526157

29,70478

0,75

1,56

1744,3

35,28

1,4288

4,25

35

4,1591105

27,5052

0,70

1,42

1587,76

35,09

1,4211

4,25

35

4,1618902

25,53326

0,65

1,36

1520,67

34,90

1,4135

4,063

35

3,9702682

23,58108

0,60

1,24

1386,49

34,61

1,4017

4

35

3,9089705

21,58628

0,55

1,10

1229,95

34,26

1,3875

3,875

34

3,7840442

19,58732

0,50

1,00

1118,14

33,93

1,3742

3,813

34

3,7242734

17,63514

0,45

0,88

983,96

33,58

1,36

3,75

34

3,6636972

15,7079

0,40

0,77

860,97

33,08

1,3397

3,625

33

3,5406889

13,75468

0,35

0,65

726,79

32,55

1,3183

3,5

33

3,4179828

11,84252

0,30

0,53

592,61

31,78

1,2871

3,313

32

3,2338943

9,9106

0,25

0,41

458,44

33,58

1,36

3

31

2,8840714

8,72661

0,20

0,31

346,62

29,22

1,1834

2,75

30

2,6811209

6,07484

0,15

0,22

245,99

27,16

1,1

2,375

27

2,3154541

4,23493

0,10

0,12

134,18

23,31

0,9441

1,625

23

1,5762253

2,42308

1. Obliczenie wartości natężenia pola magnetycznego HM odpowiadające napięciu UH dokonano według wzoru:

gdzie : Z1 - liczba zwojów uzwojenia magnesującego = 700 zw

f - częstotliwość żródła zasilającego = 50 Hz

M - wartość wsp. indukcyjności wzajemnej = 0,003 H

RZ-wartość rezystancji uzwojenia wtórn. wzorca cewki indukcyjności wzajemnej = 0 Ω/ 3mH

RW - rezystancja wew. woltomierza = 100 M

lSR - średnia długość obwodu magn. rdzenia = 0.94 m

0x01 graphic

2. Wyznaczanie wartości BM według wzoru:

0x01 graphic

3. Wyznaczenie stratności magnetycznej " p " i " p' " według wzoru:

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic
0x01 graphic

0x01 graphic

5. Analiza błędów.

Założenie wstępne: dla woltomierzy cyfrowych typu V-560 oraz V-541 przyjęto dla częstotliwości przebiegu mierzonego z zakresu 40Hz-10kHz : + 0.05 % wartości mierzonej + 0.05 % wartości końca zakresu:

- niedokładność względna pomiaru napięcia UN:

0x01 graphic

- niedokładność bezwzględna pomiaru napięcia UN:

0x01 graphic

Analogicznie wyznaczono niedokładności pomiarów UB

- niedokładność bezwzględna pomiaru prądu I

0x01 graphic

- niedokładność względna pomiaru prądu I

0x01 graphic

- niedokładność bezwzględna pomiaru mocy P

0x01 graphic

DP = + 0.9 [ W ]

- niedokładność wyznaczenia masy m'

0x01 graphic

Dm' = 0.004 [ kg ]

- niedokładność wyznaczenia stratności p

0x01 graphic

- niedokładność względna wyznaczenia stratności p

0x01 graphic

- niedokładność wyznaczenia stratności p'

0x01 graphic

- niedokładność względna wyznaczenia stratności p'

0x01 graphic
Tabela błędów

Dla I zmierz [A]

DoUN [%]

DUN [V]

DoUB [%]

DUB [V]

DoI [%]

DI [A]

0,10

4.723

0.005

0.27

0.06

5.00

0.005

0,15

2 .654

0.005

0.27

0.06

3.33

0.005

0,20

1.745

0.005

0.22

0.06

2.50

0.005

0,25

1.345

0.005

0.21

0.07

2.00

0.005

0,30

1.070

0.005

0.21

0.07

1.67

0.005

0,35

0.909

0.005

0.20

0.07

1.43

0.005

0,40

0.774

0.005

0.20

0.07

1.25

0.005

0,45

0.683

0.005

0.20

0.07

1.11

0.005

0,50

0.617

0.005

0.20

0.07

1.00

0.005

0,55

0.563

0.005

0.20

0.07

0.91

0.005

0,60

0.509

0.006

0.19

0.07

0.83

0.005

0,65

0.481

0.006

0.19

0.07

0.77

0.005

0,70

0.447

0.006

0.19

0.07

0.71

0.005

0,75

0.415

0.006

0.19

0.07

0.67

0.005

0,80

0.395

0.006

0.19

0.07

0.63

0.005

0,85

0.375

0.006

0.19

0.07

0.59

0.005

0,90

0.361

0.006

0.19

0.07

0.56

0.005

0,95

0.336

0.006

0.19

0.07

0.52

0.005

1,00

0.319

0.006

0.19

0.07

0.50

0.005

0,95

0.320

0.006

0.19

0.07

0.50

0.005

0,90

0.337

0.006

0.19

0.07

0.52

0.005

0,85

0.357

0.006

0.19

0.07

0.56

0.005

0,80

0.373

0.006

0.19

0.07

0.59

0.005

0,75

0.395

0.006

0.19

0.07

0.63

0.005

0,70

0.420

0.006

0.19

0.07

0.67

0.005

0,65

0.444

0.006

0.19

0.07

0.71

0.005

0,60

0.474

0.006

0.19

0.07

0.77

0.005

0,55

0.517

0.006

0.19

0.07

0.83

0.005

0,50

0.560

0.005

0.20

0.07

0.91

0.005

0,45

0.625

0.005

0.20

0.07

1.00

0.005

0,40

0.691

0.005

0.20

0.07

1.11

0.005

0,35

0.785

0.005

0.20

0.07

1.25

0.005

0,30

0.912

0.005

0.20

0.07

1.43

0.005

0,25

1.070

0.005

0.21

0.07

1.67

0.005

0,20

1.366

0.005

0.21

0.07

2.00

0.005

0,15

1.774

0.005

0.22

0.06

2.50

0.005

0,10

2.550

0.005

0.23

0.06

3.33

0.005

Tabela błędów końcowych.

Dla I zmierz [A]

Dhm [A/m]

DoHm

DBm [T]

DoBm[%]

Dp

Dop [%]

Dp'

Dop' [%]

0,10

5.5907

0.046

0.0024

0.0026

0.094

0.666

0.118

0.049

0,15

5.5907

0.026

0.0024

0.0027

0.094

0.445

0.139

0.033

0,20

5.5907

0.017

0.0024

0.0021

0.094

0.373

0.154

0.025

0,25

5.5907

0.013

0.0028

0.0023

0.094

0.333

0.164

0.020

0,30

5.5907

0.012

0.0028

0.0022

0.094

0.308

0.172

0.015

0,35

5.5907

0.009

0.0028

0.0022

0.094

0.291

0.177

0.013

0,40

5.5907

0.007

0.0028

0.0021

0.094

0.281

0.184

0.012

0,45

5.5907

0.006

0.0028

0.0021

0.094

0.266

0.188

0.012

0,50

5.5907

0.006

0.0028

0.0021

0.094

0.262

0.194

0.011

0,55

5.5907

0.005

0.0028

0.0020

0.094

0.258

0.199

0.010

0,60

6.7088

0.005

0.0028

0.0020

0.094

0.250

0.206

0.010

0,65

6.7088

0.005

0.0028

0.0020

0.094

0.250

0.210

0.008

0,70

6.7088

0.005

0.0028

0.0020

0.094

0.242

0.217

0.008

0,75

6.7088

0.004

0.0028

0.0020

0.094

0.242

0.223

0.008

0,80

6.7088

0.004

0.0028

0.0020

0.094

0.234

0.230

0.008

0,85

6.7088

0.004

0.0028

0.0020

0.094

0.235

0.236

0.008

0,90

6.7088

0.004

0.0028

0.0019

0.094

0.228

0.242

0.007

0,95

6.7088

0.003

0.0028

0.0019

0.094

0.228

0.249

0.007

1,00

6.7088

0.003

0.0028

0.0019

0.094

0.225

0.257

0.007

0,95

6.7088

0.003

0.0028

0.0019

0.094

0.225

0.257

0.007

0,90

6.7088

0.003

0.0028

0.0020

0.094

0.228

0.250

0.007

0,85

6.7088

0.004

0.0028

0.0020

0.094

0.228

0.243

0.007

0,80

6.7088

0.004

0.0028

0.0020

0.094

0.235

0.230

0.008

0,75

6.7088

0.004

0.0028

0.0020

0.094

0.238

0.223

0.008

0,70

6.7088

0.005

0.0028

0.0020

0.094

0.242

0.217

0.009

0,65

6.7088

0.005

0.0028

0.0020

0.094

0.249

0.211

0.009

0,60

6.7088

0.006

0.0028

0.0020

0.094

0.249

0.206

0.010

0,55

5.5907

0.006

0.0028

0.0021

0.094

0.257

0.199

0.010

0,50

5.5907

0.006

0.0028

0.0021

0.094

0.262

0.195

0.011

0,45

5.5907

0.006

0.0028

0.0021

0.094

0.271

0.189

0.012

0,40

5.5907

0.007

0.0028

0.0021

0.094

0.281

0.183

0.013

0,35

5.5907

0.009

0.0028

0.0022

0.094

0.290

0.178

0.015

0,30

5.5907

0.012

0.0028

0.0022

0.094

0.308

0.171

0.017

0,25

5.5907

0.013

0.0028

0.0022

0.094

0.333

0.163

0.020

0,20

5.5907

0.017

0.0024

0.0022

0.094

0.363

0.154

0.025

0,15

5.5907

0.025

0.0024

0.0022

0.094

0.447

0.143

0.033

0,10

5.5907

0.045

0.0024

0.0026

0.094

0.618

0.120

0.049

Wnioski.

Ćwiczenie miało na celu określenie właściwości dynamicznych materiałów ferromagnetycznych. Z uzyskanych charakterystyk, które aproksymowane były przy pomocy programu komputerowego do kreślenia wykresów, wynika jak gdyby badany materiał nie miał strat -pętla histerezy nie jest w ogóle zauważalna. Aproksymacja była konieczna, aby cokolwiek ocenić, przynajmniej w przybliżeniu, gdyż zmierzone punkty po połączeniu nie dawały żadnej regularnej krzywej.



Wyszukiwarka