Temat: Badanie histerezy magnetycznej

Celem ćwiczenia jest:

• zbadanie pętli histerezy dla dwóch ferromagnetyków - żelaza ARMCO i stali transformatorowej

• pomiary pola koercji w funkcji natężenia prądu

• pomiary pozostałości magnetycznej w funkcji natężenia pola magnetycznego

• pomiary indukcji nasycenia w funkcji natężenia pola magnetycznego

Opis przyrządu

Prąd przemienny płynący w obwodzie pierwotnym transformatora wywołuje w rdzeniu zmienne pole magnetyczne, które w przekroju rdzenia daje zmienny w czasie strumien indukcji magnetycznej. Rdzeń zamyka strumień indukcji magnetycznej, który przepływa przez powierzchnię przekroju drugiej cewki wywołując w niej, zgodnie z prawem indukcji Faraday'a, siłę elektromotoryczną indukcji, SEM. Do wykonania każdej części używany jest ten sam schemat urządzenia badawczego z tym, że w każdej części stosowany jest inny rdzeń transformatora pomiarowego.

CZĘŚĆ I

ARMCO

nx	ny	Isk [mA] ΔIsk = 0,5 mA	Xmax [mV] ΔXmax = 3 mV	Xc [mV] ΔXc = 3 mV	Ymax [mV] ΔYmax = 3 mV	Yr [mV] ΔYr = 3 mV
8	32	126	X = 34 O = 2464 XO = 2430	X = 966 O = 1542 XO = 576	Y = 73 O = 2414 YO = 2341	Y = 847 O = 1648 YO = 801
				110	X = 209 O = 2296 XO = 2087	X = 1002 O = 1508 XO = 506	Y = 178 O = 2317 YO = 2139	Y = 885 O = 1606 YO = 721
				100	X = 297 O = 2206 XO = 1909	X = 1020 O = 1488 XO = 468	Y = 239* O = 2257 YO = 2018	Y = 908 O = 1592 YO = 684
				90	X = 395 O = 2110 XO = 1715	X = 1041 O = 1470 XO = 429	Y = 318 O = 2177 YO = 1859	Y = 936 O = 1564 YO = 628
				80	X = 496 O = 2009 XO = 1513	X = 1059 O = 1449 XO = 390	Y = 398 O = 2097 YO = 1699	Y = 964 O = 1536 YO = 572
				70	X = 589 O = 1914 XO = 1325	X = 1080 O = 1431 XO = 351	Y = 478 O = 2018 YO = 1540	Y = 997 O = 1512 YO = 515
				60	X = 692 O = 1810 XO = 1118	X = 1103 O = 1408 XO = 305	Y = 576 O = 1919 YO = 1343	Y = 1030 O = 1465 YO = 435
				40	X = 878 O = 1627 XO = 749	X = 1139 O = 1369 XO = 230	Y = 791 O = 1709 YO = 918	Y = 1100 O = 1395 YO = 295
				20	X = 1069 O = 1436 XO = 367	X = 1198 O = 1315 XO = 117	Y = 1058 O = 1437 YO = 379	Y = 1189 O = 1301 YO = 112

Oliczamy H_C, H_max, B_r, B_max i μ_max z następujących wzorów:

, gdzie N₁ to uzwojenie pierwotne równe 1500, N₂ uzwojenie wtórne równe 3450, l to długość uzwojenia pierwotnego równa 0,03 m, R₀ = 60 kΩ, C = 0,5 μF, a S to przekrój poprzeczny równy 2,07·10^-4 m²; μ₀ to magnetyczna przenikalność próżni równa: 4π·10^-7 Tm/A

Isk [mA] ΔIsk = 0,5 mA	Hmax [A/m] ΔHmax = 35 A/m	HC [A/m] ΔHC = 30 A/m	Br [T] ΔBr = 0,04 T	Bmax [T] ΔBmax = 0,04 T	μmax Δμmax = 5
126	8910	2112	1,08	3,15	280
110	7778	1886	0,97	2,88	294
100	7071	1734	0,87	2,71	305
90	6364	1592	0,84	2,50	312
80	5657	1458	0,77	2,28	321
70	4950	1311	0,69	2,07	333
60	4243	1157	0,58	1,80	338
40	2828	869	0,40	1,23	347
20	1414	451	0,15	0,51	287

Zależność pola koercji w funkcji natężenia prądu I_sk.

Zależność indukcji resztkowej w funkcji natężenia pola H_max.

Zależność indukcji nasycenia w funkcji natężenia pola H_max.

Zależność przenikalności magnetycznej w funkcji natężenia pola H_max.

CZĘŚĆ II

Stal transformatorowa

nx	ny	Isk [mA] ΔIsk = 0,5 mA	Xmax [mV] ΔXmax = 3 mV	Xc [mV] ΔXc = 3 mV	Ymax [mV] ΔYmax = 3 mV	Yr [mV] ΔYr = 3 mV
8	8	110	X = 41 O = 2469 XO = 2428	X = 1033 O = 1475 XO = 442	Y = 0 O = 2495 YO = 2495	Y = 791 O = 1751 YO = 960
				90	X = 263 O = 2252 XO = 1989	X = 1054 O = 1459 XO = 405	Y = 89 O = 2406 YO = 2317	Y = 819 O = 1671 YO = 852
				70	X = 489 O = 2022 XO = 1533	X = 1072 O = 1439 XO = 367	Y = 225 O = 2270 YO = 2050	Y = 843 O = 1643 YO = 800
				50	X = 736 O = 1774 XO = 1038	X = 1103 O = 1405 XO = 302	Y = 417 O = 2083 YO = 1666	Y = 890 O = 1596 YO = 706
				30	X = 953 O = 1560 XO = 607	X = 1142 O = 1366 XO = 224	Y = 669 O = 1835 YO = 1166	Y = 969 O = 1522 YO = 553
				10	X = 1160 O = 1346 XO = 189	X = 1211 O = 1299 XO = 88	Y = 1058 O = 1437 YO = 379	Y = 1156 O = 1334 YO = 178

Oliczamy H_C, H_max, B_r, B_max i μ_max z tych samych wzorów co w I części.

R = 60 kΩ

C = 1 μF

N₁ = 800; N₂ = 4700

l = 0,03 m

S = 1,56·10^-4 m²

Isk [mA] ΔIsk = 0,5 mA	Hmax [A/m] ΔHmax = 35 A/m	HC [A/m] ΔHC = 30 A/m	Br [T] ΔBr = 1,13 T	Bmax [T] ΔBmax = 1,02 T	μmax Δμmax = 400
110	4148	755	62,88	163,42	3133
90	3394	691	55,81	151,76	3556
70	2640	632	52,40	134,28	4046
50	1886	548	46,24	109,12	4604
30	1131	417	36,22	76,37	5369
10	377	178	11,66	24,82	5236

Zależność pola koercji w funkcji natężenia prądu I_sk.

Zależność indukcji resztkowej w funkcji natężenia pola H_max.

Zależność indukcji nasycenia w funkcji natężenia pola H_max.

Zależność przenikalności magnetycznej w funkcji natężenia pola H_max.

Wnioski:

Otrzymane wyniki świadczą o tym, że ferromagnetykiem twardym jest ARMCO, a miękkim stal transformatorowa. Świadczą o tym otrzymane wyniki pola koercji; materiały twarde mają dużą wartość pola koercji, a miękkie mniejszą.

Otrzymane przeze mnie wyniki są zgodne w większości w granicach błędu z wynikami literaturowymi. Wszelkie odstępstwa (niezgodności z literaturą) wynikają z błędów podczas prowadzenia pomiarów i niedokładności urządzeń pomiarowych.

---