PAŃSTWOWA WYŻSZA SZKOŁA ZAWODOWA W CHEŁMIE Instytut Nauk Technicznych i Lotnictwa	LABORATORIUM INŻYNIERII MATERIAŁOWEJ Prowadzący: dr inż. Czesław Kozak
Miejsce wykonania ćwiczenia: POLITECHNIKA LUBELSKA Wydział Elektrotechniki i Informatyki Katedra Urządzeń Elektrycznych i TWN
Kierunek: Elektrotechnika II rok IV semestr	Temat ćwiczenia: Badanie podstawowych własności magnetycznych materiałów ferromagnetycznych
Imię i nazwisko: Piotr Dyjak Katarzyna Kowalczyk Jarosław Niemiec
Grupa A Zespół I	Rok akademicki 2012/2013

1. Cel ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest pomiar podstawowych właściwości magnetycznych różnych próbek materiałów ferromagnetycznych. W ćwiczeniu wyznaczamy maksymalną indukcję magnetyczną B_m, maksymalne natężenie pola magnetycznego H_m oraz indukcję szczątkową B_k i natężenie pola koercji H_k. Celem jest także zaobserwowanie zachowania się pętli histerezy na ekranie oscyloskopu podczas zmian takich wartości jak amplituda napięcia i częstotliwość.

1. Układ pomiarowy

Rys. 1. Układ do pomiaru podstawowych właściwości magnetycznych

1. Tabela wyników i pomiarów

Tabela 1. Wyniki pomiarów i obliczeń

	Lp.	Bm	Hm	Bk	Hk	Bm	Hm	Bk	Hk
		dz	dz	dz	dz	T	A/m	T	A/m
Ferryt 1,3 kHz	1.	3,8	5,0	0,80	0,80	0,0349	210,4	0,0075	33,67
	2.	3,6	4,5	0,80	0,65	0,0338	189,4	0,0075	27,36
	3.	3,4	4,0	0,65	0,60	0,0319	168,3	0,0061	25,25
	4.	2,6	3,0	0,45	0,45	0,0244	126,3	0,0042	18,94
	5.	2,2	2,5	0,20	0,20	0,0206	105,2	0,0019	8,42
	6.	1,3	1,5	0,10	0,10	0,0122	63,1	0,0009	4,21
Blacha transformatorowa 70 Hz	1.	3,2	2,5	1,7	0,8	0,1798	156,4	0,0955	50,06
	2.	3,0	2,0	1,5	0,8	0,1685	125,2	0,0843	50,06
	3.	2,4	1,5	1,4	0,7	0,1348	93,9	0,0786	43,8
	4.	2,0	1,2	1,2	0,6	0,1123	75,1	0,0674	37,55
	5.	1,7	1,0	1,0	0,6	0,0955	62,6	0,0562	37,55
	6.	0,9	0,6	0,4	0,3	0,0506	37,5	0,0225	18,77
Blacha na podwyższoną częstotliwość 100 Hz	1.	2,7	3,2	1,0	0,7	0,5119	320,4	0,1896	70,09
	2.	2,5	2,6	0,9	0,7	0,474	260,3	0,1706	70,09
	3.	2,3	2,2	0,9	0,7	0,436	220,3	0,1706	70,09
	4.	1,9	1,6	0,8	0,6	0,3602	160,2	0,1517	60,08
	5.	1,6	1,2	0,7	0,5	0,3033	120,2	0,1327	50,06
	6.	1,0	0,8	0,4	0,3	0,1896	80,1	0,0758	30,04

gdzie: Ux, Uy – działki w [cm] odczytane z oscyloskopu

Tabela 2. Blacha transformatorowa

Vx	Vy	R1	R2	N1	N2	C	S	Iśr
V/cm	V/cm	Ω	Ω			μF	m²	m
0,1	0,1	4,7	910	300	60	20	0,00054	0,102

Tabela 3. Ferryt

Vx	Vy	R1	R2	N1	N2	C	S	Iśr
V/cm	V/cm	Ω	Ω			μF	m²	m
0,05	0,05	4,7	90	360	48	20	0,0002	0,091

Tabela 4. Blacha na podwyższone częstotliwości

Vx	Vy	R1	R2	N1	N2	C	S	Iśr
V/cm	V/cm	Ω	Ω			μF	m²	m
0,1	0,1	4,7	910	480	32	20	0,0003	0,102

Oznaczenia:

Vx – stała oscyloskopu odchylenia poziomego

Vy – stała oscyloskopu odchylenia pionowego

Uxmax – napięcie (działki odczytane z oscyloskopu)

Uymax – napięcie (działki odczytane z oscyloskopu)

Uxk – napięcie

Uyk – napięcie

R1 – rezystancja rezystora wejściowego

R2 – rezystancja rezystora po stronie wtórnej

Iśr – średnia droga strumienia magnetycznego

S – pole przekroju poprzecznego próbki

Hm – maksymalne natężenie pola magnetycznego

Hk – natężenie pola koercji

Bm – indukcja magnetyczna maksymalna

Bk – indukcja koercji

N1 – uzwojenie pierwotne próbki

N2 – uzwojenie wtórne próbki

C – pojemność kondensatora

1. Przykładowe obliczenia

Dla blachy transformatorowej, wiersz 3 w tabeli

$$B = \frac{R_{2\ }C(V_{Y}U_{y})}{N_{2}S} = \frac{910 \bullet 20 \bullet 10^{- 6}}{60 \bullet 0,00054} \bullet \left( 2,4 \bullet 0,1 \right) = 0,1348\text{\ T}$$

$$H = \ \frac{N_{1}(V_{\text{X\ }}U_{X)}}{R_{1}I_{Sr}} = \ \frac{300 \bullet (0,1 \bullet 1,5)}{4,7 \bullet 0,102} = 93,9\frac{A}{m}$$

1. Wykresy

Rys. 2. Wykres zależności B = f(H)dla ferrytu

Rys. 3. Wykres zależności B = f(H)dla blachy transformatorowej

Rys. 4. Wykres zależności B = f(H)dla blachy na podwyższoną częstotliwość

Wnioski

Wyznaczone charakterystyki są zbliżone do modelu teoretycznego. W początkowej fazie wraz ze wzrostem natężenia pola magnetycznego wartość indukcji rośnie liniowo. W stanie nasycenia, wzrost natężenia pola powoduje nieznaczne przyrosty wartości indukcji. Krzywe magnesowania wykazują, że znaczną wartość indukcji można osiągnąć magnesując blachę na podwyższoną częstotliwość oraz blachę transformatorową. Indukcja w przypadku ferrytu osiąga wartość o wiele mniejszą. Badane materiały należą do grupy materiałów magnetycznie miękkich, tzn. Ich pętla histerezy jest stosunkowo wąska a wartość natężenia koercji jest mniejsza od 1000 A/m.