Методические указания к лабораторным работам по курсу «электротехнические материалы» для студентов ІІ курса дневной и заочной форм обучения специальностей 090. 603, 090. 605, 0922. 02 (стр. 5 из 9)
Напряженность размагничивающегося поля (-Нс), при которой индукция в ферромагнетике, предварительно намагниченном до насыщения, обращается в нуль, называется коэрцитивной силой.
Значение индукции при напряженности внешнего магнитного поля равной нулю, полученное в процессе размагничивания образца, намагниченного до насыщения, называется остаточной индукцией (Вr).
По кривой намагничивания можно определить параметр, характеризующий поведение ферромагнетика во внешнем магнитном поле, – так называемую относительную магнитную проницаемость:
(4.1)где m0 - магнитная постоянная, m0 = 4p10-7 Гн/м.
Относительная магнитная проницаемость пропорциональна тангенсу угла наклонной секущей, проведенной из начала координат через соответствующую точку на основной кривой намагничивания. Предельное значение магнитной проницаемости mн при напряженности магнитного поля, стремящейся к нулю, называется начальной магнитной проницаемостью.
Крутизну отдельных участков кривой намагничивания и ветвей петли гистерезиса характеризует дифференциальная магнитная проницаемость
(4.2)Процесс перемагничивания ферромагнетиков в переменном магнитном поле сопровождается потерями энергии, которые вызывают нагрев материала. В общем случае потери на перемагничивание состоят из потерь на гистерезис, на вихревые токи и на магнитное последействие. Потерями на магнитном последействие при проведении инженерных расчетов, как правило, пренебрегают. Полная мощность магнитных потерь пропорциональна площади динамической петли гистерезиса. Площадь статической петли характеризует только потери на гистерезис.
4.3. Приборы и оборудование
Для изучения основных характеристик ферромагнитных материалов в данной лабораторной работе используется установка, принципиальная схема которой приведена на рис. 4.1. Исследуемые образцы кольцевой формы имеют первичную обмотку с числом витков W1 и вторичную обмотку с числом витков W2.
Рис. 4.1. Электрическая схема испытательной установки
Первичные обмотки предназначены для создания переменного магнитного поля, намагничивающего сердечник. Они подключаются к регулируемому источнику переменного напряжения заданной частоты.
В соответствии с законом полного тока
для однородного образца с постоянным поперечным сечением величина напряженности определяется по формуле 
(4.3)где
1- действующее значение тока в первичной обмотке, А;W1 - число витков в первичной обмотке;
l - средняя длина магнитной силовой линии, м.
Из формулы (4.3) следует, что величина напряженности поля пропорциональна значению тока, протекающего через первичную обмотку. Следовательно, подавая на горизонтальные пластины отклонения луча осциллографа величину падения напряжения на сопротивлении R1, можно на экране зафиксировать величину напряженности магнитного поля на образце.
Для того чтобы на экране осциллографа была получена петля гистерезиса, на пластины вертикального отклонения луча необходимо подать напряжение, пропорциональное индукции магнитного поля в образце. В соответствии с законом электромагнитной индукции ЭДС индукции, возникающая во вторичной обмотке, определяется по формуле
(4.4)Так как исследуемые образцы имеют постоянное поперечное сечение, то можно записать:
(4.5)Следовательно, напряжение во вторичной обмотке пропорционально производной
. Для того чтобы подать на вход вертикального усилителя осциллографа напряжение, пропорциональное индукции магнитного поля, необходимо между вторичной обмоткой и осциллографом включить интегрирующее звено. С этой целью ко вторичной обмотке подключена интегрирующая цепочка, состоящая из последовательно включенных сопротивления R2 и емкости С. Ве-личины емкостного сопротивления конденсатора С и индуктивного сопротивления вторичной обмотки подбирают такими, чтобы они были значительно меньше значения активного сопротивления R2. Тогда ток во вторичной цепи можно считать число активным: 
(4.6)Напряжение на обкладках конденсатора С, которое подается на пластины вертикального отклонения осциллографа, можно записать в виде
. (4.7)Подставляя значение e2 из уравнения (4.5), получим:
(4.8)Следовательно, напряжение на конденсаторе С пропорционально индукции магнитного поля в ферромагнитном образце.
Максимальное значение индукции Вm в образце определяется по формуле
(4.9)Таким образом, подавая одновременно на пластины горизонтального и вертикального отклонения луча осциллографа падение напряжения на сопротивление R1 и конденсаторе С, на экране получим в некотором масштабе петлю гистерезиса.
Масштаб петли гистерезиса определяется по крайним точкам изображения на экране осциллографа:
: 
, (4.10)где Н - напряженность магнитного поля при данной величине тока в первичной обмотке, А/м;
lн - половина длины горизонтальной развертки, мм;
В - индукция при данной величине намагничивающего поля, Тл
lВ - половина длины вертикальной развертки, мм.
По масштабу изображения площади петли гистерезиса определяются удельные потери в образце:
, (4.11)где S - площадь петли гистерезиса, мм2;
f - частота, Гц;
g - удельный вес материала, г/см3.
4.4. Порядок выполнения работы
1. Собрать схему испытательной установки в соответствии с рис. 4.1.
2. Параметры образцов исследуемых материалов записать в табл. 4.1.
Т а б л и ц а 4.1
Параметры образцов магнитных материалов
| Образец | Геометрические размеры и обмоточные данные | Максима-льные токи и напряжения | Положение переключателей на щите | Плотность материала | |||||
| S2, м2 | l, м | W1, витков | W2, витков | I1, А | U2, В | ПR | Пc | g, г/см3 | |
3. Включить схему в один из образцов магнитных материалов.
4. Установить переключатели ПR и Пc, расположенные на стенде (на рис. 4.1 данные переключатель не показаны), в положения, указанные в табл. 4.1.
5. В присутствии преподавателя включить питание испытательной установки и измерительных приборов. Время прогрева прибора 5-10 мин.
6. При нажатой кнопке Кн регулятором установить в намагничивающей обмотке ток, необходимый для насыщения ферромагнетика. Величина тока для каждого образца не должна превышать значений, указанных в табл. 4.1.
7. Измерить величину напряжения на вторичной обмотке. Результаты измерений занести в табл. 4.2.
Таблица 4.2
Результаты экспериментальных исследований параметров магнитных материалов
| Образец | Номер | Экспериментальные и расчетные параметры | |||||||
| измерения | І1, А | U2, B | H, А/м | В, Тл | mr | Руд Вт/кг | Вr Тл | Hc А/м | |
8. С помощью ручек «Усиление» осциллографа отрегулировать изображение петли гистерезиса, чтобы оно максимально заполняло экран.
9. По соответствующим формулам определить величины напряженности намагничивающегося поля Н, амплитудные значения индукции в образце В и магнитной проницаемости m. Результаты расчетов занести в табл. 4.2.
10. Переснять петлю гистерезиса с экрана осциллографа на миллиметровую бумагу и определить ее площадь.
11. Определить масштаб по оси напряженности магнитного поля mн, используя формулу (4.10). Для определения длины горизонтальной развертки ручку усиления осциллографа по вертикальной оси поставить в нулевое положение. После измерения ручку вертикальной развертки поставить в нулевое положение.