Cwicz3-pomiarstrat, IMiKU
[ Pobierz całość w formacie PDF ]
//-->LaboratoriumInżynierii MateriałowejDwiczenie 3. Pomiar strat naprzemagnesowanieKatedra Optoelektroniki iSystemówElektronicznych, WETI,Politechnika GdaoskaGdaosk 2006Ćwiczenie 3. Pomiar strat na przemagnesowanie1.CEL DWICZENIACelem dwiczenia jest pomiar strat energii na przemagnesowanie materiałówmagnetycznych i określenie wpływu częstotliwości zmiennego pola magnesującego nawielkośd tych strat.2. PĘTLA HISTEREZY I STRATY ENERGII NA PRZEMAGNESOWANIENajbardziejnieliniowaicharakterystycznąwłaściwościąindukcjimateriałówmagnetycznychBodjestniejednoznacznazależnośdmagnetycznejnatężeniazewnętrznego pola magnetycznego H.Wprzypadku,gdymagnesowanieodbywasiępoobieguzamkniętym,krzywamagnesowania B=f(H) wykazuje histerezę. Jest to spowodowane stratami energiiwystępującymipodczasnieodwracalnychprocesówmagnesowania(nieodwracalneprzesuwanie ścian domenowych i nieodwracalne obroty wektorów magnetyzacji). Miarątych strat jest pole powierzchni pętli histerezy. Kształt i wielkośd pętli zależy od wieluczynników, które można podzielid na dwie grupy:zależne od właściwości materiału i technologii wytwarzania,zależne od warunków magnesowania.W pierwszym przypadku rodz aj materiału i technologia wytwarzania określająwłaściwości magnetyczne, w tym również kształt pętli histerezy. Na przykład materiałymagnetyczne miękkie charakteryzują się wąską pętlą histerezy, podczas gdy dlamateriałów magnetycznych twardych jest ona bardzo szeroka.Druga grupa czynników, warunki magnesowania daje nam możliwości uzyskanianiezliczonej ilości różnych pętli histerezy dla tego samego materiału w ramachokreślonych przez ten materiał. Mogą to byd pętle duże i małe, eliptyczne i nieeliptycz ne,zależnie od sposobu magnesowania materiału.Istnieje jedna pętla zwana graniczną pętlą histerezy, która dla danego materiałujest zawsze taka sama, a parametry tej pętli takie jak pole koercji Hc, indukcja remanencjiBr, indukcja nasycenia BSsą jednocześnie parametrami materiału. Graniczna pętlaLaboratorium Inżynierii MateriałowejKatedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika GdańskaStrona | 2Ćwiczenie 3. Pomiar strat na przemagnesowaniehisterezy jest największą, możliwą do uzyskania pętlą histerezy materiału podczasmagnesowania w stałym polu magnetycznym po obiegu zamkniętym.Pętlę histerezy uzyskaną w procesie magnesowania w stałym polu ma gnetycznymnazywamy statyczną pętlą histerezy. W wyniku magnesowania materiału w cykliczniezmiennym polu magnetycznym otrzymujemy dynamiczną pętlę histerezy. Statyczna idynamiczna pętla histerezy różnią się między sobą kształtem i powierzchnią, rys.1.Rys.1. Statyczne i dynamiczne pętle histerezy supermaloju o grubości blachy 0,1 mm.Kształt obiegu dynamicznego zależy od amplitudy indukcji magnetycznej. Przymałych amplitudach indukcji, to jest przy słabych polach, obieg dynamiczny ma kształtzbliżony do elipsy. Również przy większych częstotliwościach obieg dynamiczny makształt eliptyczny. Natomiast pole powierzchni pętli dynamicznej jest zawsze większe odpola pętli statycznej ze względu na dodatkowe straty energii pojawiające się w procesiemagnesowania polami zmiennymi w czasie.W polach magnetycznych zmiennych całkowite straty energetyczne spożytkowanena przemagnesowanie materiału są sumą trzech składowych:Laboratorium Inżynierii MateriałowejKatedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika GdańskaStrona | 3Ćwiczenie 3. Pomiar strat na przemagnesowanie1.Straty na histerezę,proporcjonalne do pola powierzchni statycznej pętli histerezy(tzn. przy f0).Jest to energia potrzebna do nieodwracalnego przesunięcia ścian domenowych lubnieodwracalnego obrotu wektorów magnetyzacji i dla jednego cyklu magnesowaniajest wielkością stałą, niezależną od częstotliwości pola magnetycznego.2.Straty na prądy wirowe.Straty te rosną wraz ze wzrostem częstotliwości pola magnetycznego, a największewartościprzyjmująwmateriałachmagnetycznychodużejprzewodnościelektrycznej.3.Straty na opóźnienie magnetyczne.Występują przy częstotliwościach pola rzędu megah erców i spowodowane sąopóźnieniem procesów magnesowania względem szybkich zmian pola. Stratyspowodowaneopóźnieniemmagnetycznymsąprzyniskichczęstotliwościachpomijalnie małe względem strat na histerezę i prądy wirowe.Powierzchnia pętli histerezy je st proporcjonalna do energii, która przy zamkniętymobiegu magnesowania zamienia się na ciepło. Energię traconą w jednostce objętości(tutaj w 1cm3) materiału magnetycznego oblicza się według wzoru:WH dB(1)gdzie: W[Ws/cm3], H[A/cm], B[Vs/cm2]1T(tesla)=1 Vs/m2(jednostka indukcji magnetycznej).Ilościowo straty energii podaje się w postaci tzw.strat jednostkowychlubstratnościmateriału i definiuje się jako energię traconą na przemagnesowanie jednostkiobjętości materiału w j ednostce czasu. Straty jednostkowe maja więc wymiar mocy:p=W f [W/cm3](2)gdzie W jest energią określoną wzorem (1), a f jest częstotliwością pola magnetycznego.W celu określenia, jaka częśd strat całkowitych wynika z histerezy, a jaka z prądówwirowych należy pomierzyd straty całkowite przy stałej indukcji B i przy różnychczęstotliwościach f. Ponieważ indukcja w rdzeniu jest proporcjonalna do amplitudyLaboratorium Inżynierii MateriałowejKatedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika GdańskaStrona | 4Ćwiczenie 3. Pomiar strat na przemagnesowanienapięcia zasilania UZi odwrotnie proporcjonalna do częstotliwości f, zatem dlazachowania warunku B=const należy równocześnie zmieniad UZi f. Straty całkowite będąwówczas zależne jedynie od częstotliwościp = ph+ pw= k1f + k2f2gdzie człon ph= k1f reprezentuje straty jednostkowe na histerezę, a członpw= k2f2straty jednostkowe na prądy wirowe.Straty przypadające na jeden okres prądu zmiennego wynoszą:(3)Wpfk1k2f(4)Jest to równanie prostej wykreślonej na rys.2.Rys.3. Wykres podziału strat na prądy wirowe i histerezę .3. POMIAR STRAT NA PRZEMAGNESOWANIE METODĄ OSCYLOGRAFICZNĄ.Metoda oscylograficzna badania materiałów magnetycznych jest łatwą w realizacji,chociaż mało dokładną metodą zdejmowania dynamicznej p ętli histerezy. Bada się niąpróbki pierścieniowe materiałów magnetycznych w polach zmiennych do 5 MHz.Dokładnośd pomiaru jest rzędu od 5 do 10 procent. Schemat układu pomiarowegoprzedstawiono na rys.3.Laboratorium Inżynierii MateriałowejKatedra Optoelektroniki i Systemów Elektronicznych, WETI, Politechnika GdańskaStrona | 5
[ Pobierz całość w formacie PDF ]