Описание лабораторной установки

Магнитные свойства электротехнической стали исследуются на установке, фотография которой приведена на рисунке 6.3, а принципиальная схема − на рисунке 6.4.

Рис. 6.3. Фотография экспериментальной установки

Рис. 6.4. Принципиальная схема установки

Установка состоит из электронного осциллографа (ЭО), звукового генератора (ЗГ), амперметра (А) и устройства, выполненного на трансформаторе с ферромагнитным сердечником (Т). Схема собрана таким образом, что если напряжение с активного сопротивления R₁ подать на горизонтальные пластины осциллографа, а напряжение с емкости С − на вертикальные, то на экране можно получить петлю гистерезиса за цикл перемагничивания материала.

Это возможно вследствие того, что падение напряжения на R₁ пропорционально току в намагничивающей обмотке ω₁, а ток – напряженности магнитного поля в сердечнике. На вертикальные пластины при условии R₁ >> 1/ωС подается напряжение U_с, пропорциональное магнитной индукции В. Покажем это. Во вторичной обмотке трансформатора под действием магнитного поля возникает ЭДС:

,

где S – сечение ферромагнитного сердечника; ω₂ – число витков обмотки; В – магнитная индукция.

Так как сопротивление конденсатора мало, то величина тока определяется активным сопротивлением:

i = .

Следовательно, напряжение на конденсаторе равно

=

Подготовка приборов к работе

1. У генератора SFG-2010 установить переключатели в следующие положения:

– регулятор частоты – в положение 20 Гц;

– регулятор выходного напряжения AMPL – в нулевое положение;

– регулятор формы импульса WAVE- на синусоиду ();

– напряжение с генератора на схему должно подаваться с клеммы QUTPUT 50Ω; к выходным клеммам генератора должен быть подключен цифровой прибор M-890G. Необходимо включить звуковой генератор и дать ему прогреться.

2. У осциллографа GOS-620 используются оба входа.

На вход Y подается напряжение с конденсатора. Коэффициент отклонения усилителя нужно поставить в положение «10mV/del», а ручку «Плавно» повернуть по часовой стрелке до щелчка. Переключатель AC.GND.DC установить в положение «DC».

На вход X подается напряжение с сопротивления R₁. Этот сигнал поступает на горизонтальный усилитель и создает развертку по горизонтали. Коэффициент отклонения усилителя нужно поставить в положение «1V/del», а ручку «Плавно» повернуть по часовой стрелке до щелчка.

На блоке HOREZONTAL переключатель развертки нужно поставить в положение «Х-Y ».

Тумблер AC.GND.DC следует поставить в положение «DC». После этого можно включить осциллограф и дать ему прогреться.

3. На самом устройстве тумблеры П₁ и П₂ должны быть включены в положение «1» , напряжение с конденсатора подано на вход Y, а напряжение с сопротивления R₁ – на вход X. Тумблеры П₃ и П₄ должны быть включены в положение «0».

Порядок проведения лабораторной работы

1. Подготовка установки к работе:

– при нулевом положении регулятора напряжения звукового генератора установить луч осциллографа в центре координатной системы;

– плавно повышать выходное напряжение звукового генератора и добиться, чтобы в первичной обмотке трансформатора протекал ток 10 мА. При этом (если все переключатели установлены верно) изображение петли должно быть на весь экран.

2. Градуировка осциллографа.

Перед градуировкой необходимо переключатель прибора M890G установить в положение «V-20» (в этом положении на экране прибора будет высвечиваться напряжение на выходе генератора).

При градуировке горизонтального масштаба вертикальный вход (Y) осциллографа необходимо замкнуть накоротко, а горизонтальный вход (X) соединить с входом звукового генератора (рис. 6.5).

Для сборки схемы достаточно включить переключатель осцилографа AC.GND.DC в положение «GND».

Затем ручкой регулировки выходного напряжения генератора добиться, чтобы размах луча был примерно на весь экран.

Рис. 6.5. Схема градуировки горизонтального масштаба

Масштаб по горизонтали вычисляется по формуле

h =

где h – масштаб по горизонтали, ; ω₁ – число витков первичной обмотки трансформатора, ω₁ = 450; R₁ – сопротивление шунта (рис. 4), R₁ = 180 Ом; – средняя длина силовой линии магнитного поля, = 0,06 м; x – отклонение луча от центра, дел; U_х – напряжение на выходе звукового генератора, В.

Для определения масштаба по вертикальной оси необходимо собрать схему (рис. 6.6) Для этого следует тумблеры П₁ и П₂ включить в положение «0», а тумблер П₃ и П₄ должны быть включены в положение «1».

Коэффициент отклонения усилителя осциллографа нужно перевести в положение «1V/дел» (ослабить его в 100 раз). Ручкой регулировкой выходного напряжения генератора добиться, чтобы отклонение луча по вертикали было примерно на весь экран.

Рис. 6.6. Схема градуировки вертикального масштаба

Масштаб определяется по формуле

b = ,

где b – масштаб по вертикальной оси, ; ω₂ – число витков вторичной обмотки, ω₂ = 100; С – емкость конденсатора, С = 1510^-6 Ф; R₂ – величина сопротивления, R₂ = 6,910³ Ом; S – площадь сечения магнитопровода, S = 0,6310^-4 м²; y – отклонение луча от центра, дел; U_у – напряжение на вертикальных пластинах, В.

3. Снятие гистерезисных петель:

– вернуть в исходное положение тумблеры П₁, П₂ ,П₃, П₄;

– выключить прибор M890G;

– коэффициент отклонения усилителя вернуть в положение «10mV/дел»;

– установить на звуковом генераторе частоту 20 Гц;

– увеличением выходного напряжения звукового генератора добиться, чтобы в первичной обмотке трансформатора протекал ток 10 мА;

– сделать зарисовку изображения петли на кальке. Найти площадь петли в дел² и занести в таблицу 4;

– установить частоты 50, 100, 150 Гц (каждый раз следует добиваться, чтобы в первичной обмотке трансформатора протекал ток 10 мА) и определить площади этих петель;

– вычислить удельные потери в ферромагнитном сердечнике при разных частотах по формуле

P_уд = ,

где P_уд – удельные потери в ферромагнитном сердечнике, ;S_н – площадь петли гистерезиса, дел²; f – частота, Гц; γ – плотность материала, γ = 5,610³ кг/м³;

– результаты занести в таблицу 6.1. По данным таблицы построить график Р_уд = φ (ƒ).

Таблица 6.1

№	ƒ , Гц	Sн , дел^2	Руд, Вт/кг
1 2 3 4	20 50 100 150

4. Снятие основной кривой намагничивания:

– уменьшить выходное напряжение звукового генератора до нуля;

– установить луч осциллографа в левом нижнем углу координатной системы;

– установить частоту 50 Гц;

– увеличивая горизонтальное отклонение луча от нуля ступенями по 5 дел, фиксировать координаты вершин. Результаты измерений занести в таблицу 6.2.

– по данным таблицы построить графики: В = f(Н), μ_r = f(Н).

Таблица 6.2

№	х	Н = h∙x	y	В = by	μ = В/Н	μr = В/(Нμо)
	дел	А/м	дел	Тл	Гн/м

Составить отчет, который должен содержать:

а) название лабораторной работы и ее цель;

б) схему установки;

в) основные расчетные формулы;

г) градуировку осциллографа;

д) заполненные таблицы 6.1 и 6.2;

е) зависимости В = f(Н), μ_r = f(Н), Р_уд = φ(ƒ);

ж) вывод.

Вопросы к защите лабораторной работы № 6

1. Состав электротехнической стали.

2. Что такое магнитная проницаемость?

3. Построить зависимости В = f(Н), μ_r = f(Н) на одном графике.

4. Нарисовать петлю гистерезиса, назвать основные параметры петли.

5. Что такое домены?

6. Нарисовать принципиальную схему установки.

7. Как определяются масштабы по вертикали и горизонтали?

8. Как вычислить удельные потери в сердечнике?

9. Где применяется электротехническая сталь?