novikov

размагничивающего поля; индукция насыщения Внас, определяемая как величина индукции магнитного поля при максимальной величине напряженности внешнего поля.

В

Внас

Вост

	– Нс		Нс
					Н

Рис. 5. Предельная петля гистерезиса ферромагнетика

Процесс циклического перемагничивания ферромагнетика характеризуется потерями энергии, вызывающими нагрев материала. Эти потери обусловлены двумя основными причинами: 1) потери, связанные с необратимым смещением доменных границ. Они пропорциональны площади петли гистерезиса и частоте внешнего поля; 2) динамические потери или потери на токи Фуко, они связаны с потерями энергии на вихревые токи, индуцированные в материале внешним полем. Эти потери зависят от сопротивления материала.

3.Типы ферромагнетиков, их применение

Внастоящее время известно значительное число ферромагнетиков, отличающихся химическим составом, кристаллической структурой и свойствами. По величине спонтанной намагниченности все ферромагнетики можно разделить на две группы. Первая группа – материалы,

обладающие малой коэрцитивной силой Нс < 800 А/м, высокой магнитной проницаемостью 103 < μmax < 106 и малыми потерями на гистерезис. Первая группа материалов называется магнитомягкими. К ним относятся низкоуглеродистые кремнистые стали, карбонильное железо, пермаллои, альсиферы, ферриты, композиционные магнитодиэлектрики. Используется данная группа материалов в качестве сердечников трансформаторов, электромагнитов, в измерительных приборах, при изготовлении катушек индуктивности.

11

Вторая группа – материалы, обладающие большой коэрцитивной силой Нс > 1000 А/м и остаточной индукцией Вост > 0.5 Тл, невысокой магнитной проницаемостью и большой магнитной энергией после намагничивания W ~ 10 кДж/м3. Она называется магнитотвердыми материалами. К ним относятся легированные мартенситные стали, литые магнитотвердые сплавы, магниты из порошков, магнитотвердые ферриты, материалы для записи и пластически деформируемые сплавы. Магнитотвердые материалы используются в качестве источников постоянного магнитного поля либо для записи информации.

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ ЧАСТЬ

1. Описание установки

Свойства ферромагнетиков исследуются на осциллографической установке ИСХ1 с использованием измерительного стенда С3-РМ01, принципиальная схема которого показана на рис. 6.

Рис. 6. Схема стенда для исследования ферромагнетиков

12

Стенд содержит группу объектов исследования, которые имеют следующие характеристики:

два постоянных резистора, формирующих делитель:

R1	= 68 Ом	10 %;
R2	= 470 кОм	10 %;
конденсатор:
С1	= 0.47 мкФ 10 %;

трансформатор Тр, имеющий следующие характеристики: средняя длина сердечника L = 7.8 0.1 см;

площадь поперечного сечения S = 0.64 0.05 см2;

число витков первичной обмотки N1 = 1665 витков; число витков вторичной обмотки N2 = 970 витков

Устройство и принцип работы измерителя статических характеристик ИСХ1

Органы управления прибором показаны на рис. 7а и 7б.

Рис. 7 а. Общий вид панели установки

13

На передней панели прибора расположены:

1– графический дисплей;

2– кнопка выбора режима работы «F»;

3– кнопка выбора шкалы «Шкл.»;

4– кнопка запоминания оцифрованного сигнала «Стоп»;

5– кнопка выбора температурного режима «Темп»;

6– кнопка управления генератором «Генер.»;

7– кнопка выбора коэффициента отклонения «Кус»;

8– кнопка уменьшения выбранной величины «-»;

9– кнопка увеличения выбранной величины «+»;

10– кнопка выключателя «Сеть»;

11– выход генератора;

12– вход тока I;

13– вход напряжения U1;

14– вход напряжения U2;

15– ручка регулировки контраста изображения «Контраст»; Экран дисплея разделен на два поля (рис. 7б):

поле отображения сигнала; информационное поле.

Рис. 7 б. Общий вид экрана дисплея

Поле отображения сигнала содержит координатную сетку, на которую накладывается измеряемый сигнал.

14

Информационное поле разделено на 4 области:

область общих установок: отображает режим работы прибора (строка «Режим»), шкалу развертки (строка «Шкала») и состояние стоп-кадр (строка «Стоп»);

область состояния входа I, входа U1 и входа U2: отображает коэффициенты отклонения каналов.

область состояния генератора: отображает амплитуду выходного сигнала генератора (строка «Ампл.») и форму выходного сигнала генератора (строка «Форма»);

область состояния терморегулятора: отображает текущую температуру образцов (строка «Текущ.»), требуемую температуру образцов (строка «Устан.») и индицирует работу нагревательного элемента (строка «Нагрев»). В данной конфигурации отключена.

ВАЖНО: Перед началом работы сформируйте файл отчета. Для этого запустите на Рабочем столе пиктограмму файла «Отчет» и заполните предлагаемую форму. Затем сохраните ее, нажав клавишу <ЗАПИСЬ>.

2. Включение и подготовка установки к работе

После включения установки ИСХ1, используя соединительные провода, необходимо подключить стенд С3-РМ01 к измерительным клеммам прибора. Для этого сигнал с генератора подается на первичную обмотку трансформатора Тр на вход генератора, вход «I» соединяется с выходным током первичной обмотки «I вых», а выходной сигнал U2 снимается с выхода U1 вторичной обмотки. Таким образом, по горизонтальной оси осциллограммы откладывается значение тока, а по вертикальной – значения напряжения.

Порядок работы с прибором

1.Для включения прибора нажмите кнопку «Сеть» 10, при этом загорится индикатор 1. Прогрейте прибор 5 мин.

2.Регулировка контраста изображения проводится вращением ручки 15 «КОНТРАСТ».

3.Соберите электрическую схему.

4.Для переключения режима работы нажмите кнопку 2 «F». При этом должен подсветиться текущий режим работы. Затем кнопками «+» или «-» выберите необходимый режим:

I = F(U1) (воль-тамперная характеристика);

15

U2 = F(U1) (статическая характеристика);

U2 = F(I) (передаточная характеристика);

5.Установите требуемый сигнал на выходе генератора 10 В. Для этого одиночным нажатием кнопки «Генер.» подсветите строку «ФОРМА» и кнопками «+» и «-» выберите необходимую форму сигнала (синусоидальная, треугольная). В работе используется синусоидальная форма сигнала. Повторным нажатием кнопки «Генер.» подсветите строку «АМПЛ.» и кнопками «+» и «-» установите необходимую амплитуду выходного сигнала (в вольтах).

6.Для изменения коэффициента отклонения нажмите кнопку 6

«Кус». При этом подсветится надпись «УСИЛ.» того канала, который соответствует выбранному режиму работы. Если режим работы предполагает совместное использование двух каналов, то переход между выбором коэффициентов отклонения каналов осуществляется повтор-

ным нажатием кнопки 6 «Кус».

Установить необходимое значение коэффициента отклонения для выбранного канала можно при помощи кнопок «+» или «-».

7.Для включения режима «Стоп-кадр» необходимо нажать кнопку 4 «СТОП». При этом кадр будет остановлен для проведения измерений. Для выхода из этого режима необходимо нажать кнопку «СТОП» повторно. В режиме «Стоп-кадр» активна только кнопка

«».

8.Если при включении прибора или во время его работы происходят какие-нибудь сбои, рекомендуется известить преподавателя.

3. Градуировка горизонтальной и вертикальной осей осциллографа

Вычисляют значения напряженности внешнего магнитного поля по формуле

	N1
Hm			2I , А/м.		(3)
	L

Вычисляют значения индукции магнитного поля в ферромагнетике по формуле

	R2C1
Bm				2U 2		, Тл.	(4)
	N2 S
			16

Значения тока I и напряжения U2 определяются соответствующими коэффициентами усиления:

	I	KУС1	X ; U 2	KУСU	Y.	(5)
		10		10

4. Определение основных параметров петли гистерезиса

Определение основных параметров петли гистерезиса проводится при максимальном ее размере. Для получения максимального размаха петли необходимо установить максимальное значение напряжения Uген = 10 В. После этого определить индукцию насыщения ВНАС , остаточную индукцию Вост и коэрцитивную силу Нс (см. рис. 5). Данные занести в табл. 2.

Т а б л и ц а 2

Xmax	Ymax	Внас	Xост	Yост	Вост	Xс	Yс	Нс

5. Построение основной кривой намагничивания

При помощи генератора сигнала постепенно увеличивают напряжение Uген от нуля до 10 В ступенями 1 В. На экране осциллографа получаются все увеличивающиеся петли гистерезиса. При этом каждый раз заносят в табл. 3 координаты положительной вершины петли, т. е. координаты амплитудных значений Bm и Hm . Кривая, соединяющая

вершины петель, есть основная кривая намагничивания (см. рис. 3). Для определения координат вершин удобно использовать режим «СТОП-кадр».

6. Определение статической магнитной проницаемости

По построенной основной кривой намагничивания, согласно выражению (2), вычисляют магнитную проницаемость ферромагнетика для различных значений напряженности внешнего магнитного поля (через 1 В):

	Bm	.
	0 Hm

17

Результат вычислений заносит в табл. 3 и строят зависимости В(Н),

μ(Н).

					Т а б л и ц а 3
Uген	Y	X	Bm	Hm	μ

Обработку результатов выполнять в пакете MS Excel или Origin. Снятые с прибора данные занести в таблицы и рассчитать дополнительные параметры. Графики основной кривой намагничивания В(Н) и μ(Н) интерполировать с помощью В-Spline функции. Вставить графики в отчет, заполнить таблицы данных. Сохранить файл обработки (файл пакета ORIGIN (OPJ) или MS Excel) и отчет с именем: <Фамилия И.О.>_6. Рабочая папка: D:/МиЭЭТ/<Номер группы>.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1.Принципиальная схема установки.

2.Результаты измерений, табл. 2, 3.

3.Формулы, по которым ведутся расчеты.

4.Графики зависимостей В(Н) и μ(Н).

5.Выводы по проделанной работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие материалы называются ферромагнетиками? Физическая сущность спонтанной намагниченности.

2.Каковы основные свойства ферромагнетиков?

3.Что такое магнитный гистерезис? Назовите его причины. Что такое остаточная индукция и коэрцитивная сила?

4.Какова зависимость магнитной проницаемости μ ферромагнети-

ка от t ? Что такое t Кюри , какие процессы происходят в кристалле ферромагнетика при переходе через t Кюри ?

5.Объясните зависимость μ от Н.

6.Почему и как с помощью гистерезисной петли можно определить потери?

7.Группы ферромагнетиков, их применение.

18

8.Нарисуйте качественно форму петли гистерезиса магнитного материала, у которого его магнитная проницаемость не зависит от напряженности внешнего магнитного поля.

9.Найти индуктивность соленоида, имеющего 200 витков, намо-

танных на керамическое основание, длиной l = 50 мм. Площадь поперечного сечения основания S = 50 мм2.

10.Имеется два магнитных материала, для которых выполняются

условия: μmax1 > μmax2; Внас1 < Внас2. Построить качественно на одном графике: а) основные кривые намагничивания для этих материалов;

б) зависимости относительной магнитной проницаемости от напряженности магнитного поля.

19

3. ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПРОВОДНИКОВЫХ МАТЕРИАЛОВ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Определить сопротивление и его зависимость от температуры для некоторых металлов и сплавов. Выполнить расчет температурного коэффициента сопротивления.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Важнейшими практически применяемыми в электротехнике проводниковыми материалами являются металлы и сплавы.

Из металлических проводниковых материалов могут быть выделены металлы высокой проводимости, имеющие удельное сопротивление при комнатной температуре не более 0.05 мкОм·м, и сплавы высокого сопротивления, имеющие при комнатной температуре не менее 0.3 мкОм·м.

Металлы высокой проводимости используются для изготовления проводников, токопроводящих жил кабелей, обмоток электрических машин и трансформаторов, для изготовления волноводов и т. п. К ним относятся чистые металлы (серебро, медь, алюминий, железо) и некоторые сплавы (латунь, бронза).

Металлы и сплавы высокого сопротивления применяются в электронагревательных приборах, лампах накаливания, реостатах, образцовых сопротивлениях. К ним относятся сплавы: манганин, константан, нихром, хромаль и т. д.

Особое применение находит электротехнический уголь, занимающий по своим свойствам промежуточное положение между проводниками и полупроводниками.

Основными электрическими характеристиками проводниковых материалов являются следующие.

1.Удельная проводимость или обратная ей величина – удельное сопротивление .

2.Температурный коэффициент удельного сопротивления ТК . Удельное электрическое сопротивление связано с сопротивлением

проводника любой длины l и площади поперечного сечения S известной формулой

20