Контрольні запитання

1 Яке поле називається плоскопаралельним?

2 Яким рівнянням описується магнітне поле машини в повіт­ряному просторі?

3 Який вигляд має картина магнітного поля машини і яка методика її побудови?

4 В чому полягає подібність і відмінність електричних і магнітних полів?

5 Виходячи з чого визначаються контури моделі?

6 Як моделюється розподіл МРС вздовж полюсів машини?

7 Яким чином наноситься картина ліній рівного потенціалу на моделі?

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА №7

Дослідження електромагнітних екранів у постійному і змiнному магнітних полях

Мета роботи

Дослідити вплив на екрануючу дію екранів їх форми, товщини стінки і властивостей матеріалу.

Основні теоретичні відомості

З метою захисту окремих вузлів електровимірювальних приладів від впливу зовнішніх постійних і змінних магнітних полів низьких частот широко використовуються екрани з феромагнітних матеріалів. В техніці високих частот застосовують екрани з провідних неферомагнітних матеріалів.

Розглянемо циліндричний екран (pисунок 7.1) з внутрішнім радіусом , зовнішнім , магнітною проникністю матеріалу , який внесено в однорідне магнітне поле напруженістю Но. Внутрішня і зовнішня області мають магнітну проникність .

Рисунок 7.1 – Картина магнітного поля всередині і зовні електромагнітних екранів

Магнітне поле в кожній з областей описується рівнянням Лапласа . У випадку достатньо довгого екрана, магнітне поле залежить від двох координат r і внаслідок чого, рівняння Лапласа набуває вигляду:

.

(7.1)

Розв'язки рівнянь Лапласа для кожної з областей можна представити у вигляді:

		(7.2)

де - сталі інтегрування, що визначаються з початкових і граничних умов.

На значній відстані від осі екрана, при екран не впливає на зовнішнє поле. Тому напруженість поля зовні екрана

і відповідно стала інтегрування .

В екранованій першій області напруженість магнітного поля має скінченне значення, в тому числі і при r = 0, внаслідок чого C2 = 0.

На границі розділу першої і другої областей, при r = R1 , потенціал відповідно i магнітна індукція , а на границі розділу другої і третьої областей, при r = R2, потенціал і індукція ,

де

.

Спільний розв'язок цих рівнянь відносно магнітного потенціалу в першій області можна записати у вигляді:

(7.3)

де X = rcos .

Напруженість магнітного поля всередині екрана

.

(7.4)

Ступінь магнітного екранування визначається відношенням напруженості зовнішнього поля до напруженості поля всередині екрана:

.

(7.5)

Екрануюча дія тим більша, чим більша товщина стінки екрана і чим більша магнітна проникність матеріалу екрана. Це пояснюється тим, що більша частина магнітного поля замикається по тілу екрана, тобто по шляху з найменшим магнітним опором і тільки незначна частина поля проникає всередину екрана.

Аналогічним чином можна визначити екрануючу дію сферичного екрана з внутрішнім радіусом R1, зовнішнім – R2 , відносною магнітною проникністю :

.

(7.6)

Опис установки

В лабораторії досліджуються стальні і латунні екрани циліндричної та сферичної форми.

Циліндричні екрани (pисунок 7.2) являють собою порожнисті циліндри з однаковим внутрішнім радіусом R1 зовнішнім – R2, товщиною стінки . Висота порожнини екрана h.

С феричні екрани (pисунок 7.2) є порожнистими сферами (кулями) з однаковим внутрішнім радіусом R1 і зовнішнім радіусом R2, товщиною стінки . Кожен екран складається з двох половин, які щільно прилягають одна до одної.

Рисунок 7.2 – Вимірювальна котушка всередині екрана

Для вимірювання магнітної індукції зовнішнього однорідного поля і поля всередині екрана служить вимірювальна котушка. Однорідне магнітне поле, в якому досліджуються екрани, утворюється електромагнітом (pисунок 7.3), який можна живити постійним або змінним струмом.

При проведенні дослідів вимірювальна котушка вставляється в оправу, розташовану в одній з половин екрана і закривається другою половиною. Потім, обидві половини екрана затискаються між двома ізоляційними колодками і вставляються в простір між полюсами електромагніта так, щоб вимірювальна котушка знаходилась в горизонтальній площині (рисунок 7.3).

Рисунок 7.3 – Установка для дослідження магнітного поля всередині і зовні екрана

Послідовність виконання роботи

1 Для дослідження електромагнітних екранів у постійному магнітному полі, необхідно під'єднати установку до джерела постійного струму, а вимірювальну котушку до мікровеберметра за схемою (pисунок 7.3). Всі дослідження проводяться при одному і тому ж значенні струму в колі електромагніта.

2 Визначити діаметр і кількість витків вимірювальної котушки:

d= … , W= 100.

3 Розташувати вимірювальну котушку за допомогою ізоляційних колодок горизонтально між полюсами електромагніта і за допомогою мікровеберметра, при ввімкненні струму в електромагніті, виміряти потокозчеплення вимірювальної котушки з магнітним полем установки

4 За допомогою штангенциркуля виміряти геометричні розміри всіх екранів і занести у таблицю 7.1.

5 Аналогічно виміряти потокозчеплення вимірювальної котушки з магнітним полем всередині всіх екранів. При цьому вимірювальна котушка розташовується горизонтально всередині екрана, як це показано на pиссунку 7.2. Екран з горизонтально розташованою котушкою затискається між двома ізоляційними колодками і разом вставляються в простір між полюсами електромагніта, так щоб котушка знаходилась в горизонтальному положенні. Вимірювання потокозчеплення всередині екрана проводиться при вмиканні струму в установці. Результати вимірювань заносяться в таблицю 7.1.

Таблиця 7.1 – Результати досліджень

Екрани		Циліндричні				Сферичні
матеріал		сталь			латунь	сталь
проникність екрана
радіуси екрана	, мм
	, мм
товщина стінки	, мм
потоко­зчеплення	, мкВб
ЕРС	Е1, В
ступінь екрануван­ня	а1
	а2
	а3

6 Дослідити явище екранування при змінному магнітному полі. Для цього необхідно заживити установку від джерела змінного струму частотою f= 50 Гц, а вимірювальну котушку під'єднати до мілівольтметра і повторити досліди за п. 4, вимірявши ЕРС Ео=........ і за п. 5 вимірюючи ЕРС Е1. Результати вимірювань Е1 занести в таблицю 7.1.