POLITECHNIKA ŚWIĘTOKRZYSKA Katedra Urządzeń Elektrycznych i Techniki Świetlnej
LABORATORIUM Materiałoznawstwa elektrycznego
Ćwiczenie nr 10 Badanie właściwości dynamicznych materiałów magnetycznie miękkich.
Data wykonania ćwiczenia: 13.03.2014
Uwagi sprawdzającego:

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia było zapoznanie się z właściwościami dynamicznymi materiałów magnetycznie miękkich. Badaniu podlegały cztery próbki:

- blacha krzemowa walcowana na zimno wyżarzona

-stal węglowa lita

-ferryt prasowany magnetycznie miękki

-blacha krzemowa walcowana na zimno nie wyżarzona

Dodatkowo badanie przebiegów pętli histerezy na oscyloskopie oraz spisanie otrzymanych pomiarów.

1. Wyniki pomiarów i obliczeń:

Tab. 1. Wyniki pomiarów oraz wielkości badanych próbek.

Lp.	Skalowanie osi B	Skalowanie osi H
	∝B[dz]	U[V]
1	10	17,05
2	2	3,13
3	6	10,80
4	10	17,05

Obliczenia związane ze skalowaniem oscyloskopu:

a) próbka nr 1

U_sr=$\frac{2*\sqrt{2}*U}{\pi} = \frac{2*\sqrt{2}*17,05}{\pi}$= 15,35 V

skala B=$\frac{U_{sr}}{4*f*z_{p}*S* \propto_{B}} = \frac{15,35}{4*50*335*2,1*10^{- 4}*10} = 0,11\ \frac{T}{\text{dz}}$

n=$\frac{I*\sqrt{2}}{\propto_{H}} = \frac{0,26*\sqrt{2}}{17} = 0,02\frac{A}{\text{dz}}$

skala H=$\frac{z_{m}*n}{l_{sr}}$=$\frac{200*0,02}{20.1*10^{- 2}}$=19,9 $\frac{A}{m}/\text{dz}$

b)próbka nr 2

U_sr=$\frac{2*\sqrt{2}*U}{\pi} = \frac{2*\sqrt{2}*3,13}{\pi}$= 2,82 V

skala B=$\frac{U_{sr}}{4*f*z_{p}*S* \propto_{B}} = \frac{2,82}{4*50*335*2,1*10^{- 4}*2} = 0,1\ \frac{T}{\text{dz}}$

n=$\frac{I*\sqrt{2}}{\propto_{H}} = \frac{0,46*\sqrt{2}}{22} = 0,03\frac{A}{\text{dz}}$

skala H=$\frac{z_{m}*n}{l_{sr}}$=$\frac{200*0,03}{20.1*10^{- 2}}$=29,9 $\frac{A}{m}/\text{dz}$

c)próbka nr 3

U_sr=$\frac{2*\sqrt{2}*U}{\pi} = \frac{2*\sqrt{2}*10,80}{\pi}$= 9,72 V

skala B=$\frac{U_{sr}}{4*f*z_{p}*S* \propto_{B}} = \frac{9,72}{4*50*900*2,1*10^{- 4}*6} = 0,04\ \frac{T}{\text{dz}}$

n=$\frac{I*\sqrt{2}}{\propto_{H}} = \frac{0,41*\sqrt{2}}{21} = 0,03\frac{A}{\text{dz}}$

skala H=$\frac{z_{m}*n}{l_{sr}}$=$\frac{300*0,03}{19,6*10^{- 2}}$=45,92 $\frac{A}{m}/\text{dz}$

d)próbka nr 4

U_sr=$\frac{2*\sqrt{2}*U}{\pi} = \frac{2*\sqrt{2}*17,05}{\pi}$= 15,35 V

skala B=$\frac{U_{sr}}{4*f*z_{p}*S* \propto_{B}} = \frac{15,35}{4*50*335*2,1*10^{- 4}*10} = 0,11\ \frac{T}{\text{dz}}$

n=$\frac{I*\sqrt{2}}{\propto_{H}} = \frac{0,26*\sqrt{2}}{17} = 0,02\frac{A}{\text{dz}}$

skala H=$\frac{z_{m}*n}{l_{sr}}$=$\frac{200*0,02}{20.1*10^{- 2}}$=19,9 $\frac{A}{m}/\text{dz}$

Tab. 2. Wyniki pomiarów i obliczeń do wykreślenia pętli histerezy.

Próbka nr	Skala B	Skala H	Bmax	Bmax	Hmax	Hmax	Br	Br	Hc	Hc
	T/dz	A/m/dz	Dz	T	Dz	A/m	Dz	T	dz	A/m
1	0,11	19,9	10	1,1	17	338,3	7	0,77	5	99,5
2	0,11	19,9	10	1,1	17	338,3	8	0,88	6	119,4
3	0,1	29,9	2	0,2	22	657,8	2	0,2	20	598
4	0,04	45,9	6	0,24	21	963,9	0	0	0	0

Przykładowe obliczenia do wykreślenia pętli histerezy dla próbki nr 1:

B_max[T]= B_max[dz]*skala B[T/dz]= 10*0,11=1.1 T

H_max[A/m]= H_max[dz]*skala H[A/m/dz]=17*19,9=338,3 A/m

B_r[T] = B_r[dz] * skala B = 7 * 0, 11 = 0, 77 T ∖ n

H_c[A/m]= H_c[dz] * skala H[A/m/dz]= 5 * 19,9= 99,5 A/m

Tab. 3. Wyniki pomiarów komutacyjnej pętli histerezy magnetycznej

Lp.	Próbka 1	Próbka 4
	Bmax	Bmax
	dz	T
1	0	0
2	3	0,33
3	5	0,55
4	6	0,66
5	7	0,77
6	8	0,88
7	9	0,99

3.

Wykresy komutacyjnej krzywej magnesowania dla próbek 1 i 4 oraz pętli histerezy dla próbek 1,2,3 oraz 4 sporządzono na papierze milimetrowym

4. Wnioski:

Przeprowadzenie tego ćwiczenia pozwala poznać właściwości magnetyczne materiałów magnetycznie miękkich używanych w elektronice oraz sporządzić wykresy pętli histerezy oraz krzywych magnesowania.

Badane próbki o numer 1 oraz 4 różnią się tym, że jedna jest wyżarzona, druga zaś nie jest. Próbka nie wyżarzona posiada większe współczynniki pozostałości magnetycznej  B_r oraz natężenia powściągającego  H_c.Natężenie powściągające inaczej zwane koercją magnetyczną jest to wartość zewnętrznego pola magnetycznego jaką trzeba przyłożyć do ferromagnetyka, aby zmniejszyć do zera pozostałość magnetyczną. W tego rodzaju ferromagnetykach natężenie powściągające jest zawsze większe od zera ale nigdy nie przekracza 1000 A/m. Wyżarzenie blachy krzemowej może spowodować zmniejszenie pola magnetycznego.

Wnioski nasuwają się same, aby zachować lepsze własności magnetyczne blach krzemowych walcowanych na zimno, nie wolno poddawać ich procesowi wyżarzania. Próbka nr 2 czyli stal węglowa lita oraz próbka nr 3 czyli ferryt prasowany magnetycznie miękki mają zbliżone do siebie parametry.

Na podstawie krzywych magnesowania sporządzonych do wyników otrzymanych na ćwiczeniach łatwo zauważyć, że otrzymane wyniki różnią się od idealnych krzywych przedstawionych w literaturze co jest wynikiem powstawania prądów wirowych.

Prąd wirowy powoduje powstawanie indukowanego pola magnetycznego, które przeciwdziała zmianom pierwotnego pola magnetycznego. Wraz ze wzrostem natężenia pola magnetycznego bądź przewodności właściwej przewodnika lub im szybciej zmienia się pole magnetyczne, na którego działanie wystawiony jest przewodnik, tym silniej indukują się prądy wirowe. Prądy te powodują straty mocy co jest niepożądanym zjawiskiem w przemyśle.

Aby zmniejszyć prądy wirowe należy stosować materiały o dużej rezystywności. W przypadku tworzenia maszyn elektrycznych tj. transformatory, prądnice nie wytwarza się tych elementów z jednolitych brył metalu, lecz układa się np. z pakietów blach, odizolowanych wzajemnie warstwą izolacji (emalia, lakier, utlenianie powierzchni) lub wykonuje z substancji nie przewodzących prądu elektrycznego.

Pomiary wykonane na laboratoriach nie są niestety idealne co jest wynikiem nieumiejętnych pomiarów oraz błędnych danych przedstawionych przez bardzo czuły sprzęt.