AGH Materiałoznastwo Elektrotechniczne Laboratorium				Grupa 2:
^wydział EAIiE	^rok akademicki 2011/2012		^rok studiów II
Temat : Ćwiczenie 8 Badanie własności magnetycznych materiałów
^data wykonania 15.12.2011		^data zaliczenia			^ocena

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 materiały

Jednym z badanych materiałów 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:

Materiał	U [V]	Uśr [V]	I[A]	Imax[A]	Bnas[T]	Hm[A/m]
Blacha transformatorowa	1.4	1.26	0.068	0.096	0.022	57
Blacha konstrukcyjna	1.4	1.26	0.096	0.13	0.022	80.8
Blacha lita	0.4	0.36	0.044	0.06	0.0064	37
Blacha transformat- próbka I	6.6	5.94	0.46	0.65	0.105	548
Blacha krzemowa	1.45	1.3	0.031	0.04	0.023	36
Blacha amorficzna metglas	0.12	0.108	0.26	0.36	0.0012	309

Wpływ domieszek na namagnesowanie

Domieszkowanie materiałów magnetycznych ma duży wpływ na następujące parametry tychże materiałów np.

- dodanie domieszki żelaza nieznacznie obniża wartość namagnesowania szczątkowego (remanencji), ale za to konkretnie obniża koercję. Powoduje również znaczny spadek wartości gęstości energii magnetycznej.

- dodanie domieszki aluminium obniża remanencji a także w niewielkim stopniu koercję (natężenie powściągające) i gęstość energii (ok. 50%)

- dodanie domieszki stali sproszkowanej wysokojakościowej w niewielkim stopniu wpływa na powyższe parametry oczywiście obniżając je.

- dodanie domieszki odlewniczego stopu miedzi z cyną ma znaczy wpływ na obniżenie gęstości energii magnetycznej, a mniejsze na koercje i remanencje

- dodanie domieszki tlenku aluminium wyjątkowo znacznie obniża wartość koercji (25%) także remanencje (30%) a największy wpływ tej domieszki jest wywierany na gęstość energii magnetycznej w materiale (obniżenie ok. 40%)

Materiały amorficzne - nie mają określonej temperatury topnienia, w dużym zakresie temperatury przechodzą z fazy stałej w ciekłą. Do materiałów amorficznych należą: szkła, półprzewodniki amorficzne i amorficzne metale. Najszerzej używane są różnego rodzaju szkła:

- Szkło sodowo-wapienne jest to połączenie tlenków sodu, wapnia i krzemu. Cechuje się dużą wytrzymałością na ściskanie, mniejszą na rozciąganie, bardzo małą na zginanie.
- Szkło sodowo-wapniowe posiada duży współczynnik rozszeżalności, małą odporność termiczną, niską temperaturę topnienia.
- Szkło ołowiowe - duży współczynnik rozszeżalności, duża odporność termiczna, stosowane jako szkło optyczne, żarówki.
- Szkło borowo-krzemowe - mały współczynnik rozszeżalności, wyższa temperatura topnienia. - Stosowany jako szkło laboratoryjne, optyczne, do produkcji termometrów.
- Szkło kwarcowe - bardzo duża odporność termiczna, stosuje się w urządzeniach takich jak: lampy kwarcowe, lampy elektronowe dużej mocy, elementy pieców grzejnych.

Wnioski.

Zauważyliśmy różnicę pomiędzy kształtami pętli histerezy dla materiałów magnetycznie twardych (lita blacha) i miękkich (blacha amorficzna)

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 (pole objęte pętlą histerezy było małe, co pozwala na wysokosprawne przetwarzanie energii) Dlatego też magnetyki miękkie stosuje się w maszynach elektrycznych do transformacji energii elektrycznej (transformatory), generacji energii elektrycznej (generatory, alternatory i prądnice) oraz zamiany energii elektrycznej w mechaniczną (silniki elektryczne).Najszerzej stosowanymi magnetykami miękkimi są stopy Fe i Si (blachy elektrotechniczne) czy np. stopy Fe i Ni

Jak widać z wykresów krzywej magnesowania dla wszystkich materiałów, nie jest ona liniowa, co jest wadą materiałów magnetycznych

Własności magnetyczne materiałów zależą obróbki mechanicznej, termicznej a przede wszystkim od składu chemicznego.