Рецензент: ведущий инженер по стандартам систем Управления главного энергетика Р. В. Лазарев

Download 0.72 Mb.

bet	9/9
Sana	01.11.2023
Hajmi	0.72 Mb.
	#1737852

1 2 3 4 5 6 7 8 9

Bog'liq
Мякотина М.В. МЭТ РТ ЛР АТ

Рис. 4.1

Магнитным гистерезисом называется явление отставания изменения магнитной индукции от вызывающей эти изменения напряженности магнитного поля (см. рисунок). При уменьшения Н до нуля в образце остаётся остаточная индукция В_r. Если направление поля изменить на противоположное и начать его увеличивать, то можно уменьшить индукцию до нуля. В этом случае значение Н_с называется коэрцитивной (задерживающей) силой. По значению коэрцитивной силы материалы делятся на магнитомягкие (с малым значением и с большой магнитной проницаемостью) и магнитотвердые (с большой коэрцитивной силой и относительно небольшой магнитной проницаемостью).
Кривая изменения индукции при изменении напряженности внешнего магнитного поля от +B_s до –Н и обратно называется предельной петлёй гистерезиса, которая является важной характеристикой материала, на её основе можно определить основные параметры материала – коэрцитивную силу, индукцию насыщения B_s, остаточную индукцию B_r и другое.
Для магнитомягких материалов желательно, с точки зрения их применения, чтобы площадь петли гистерезиса была как можно меньше. Магнитотвёрдые материалы обладают широкой петлёй гистерезиса.
Магнитомягкие материалы должны иметь высокую магнитную проницаемость, малую коэрцитивную силу, большую индукцию насыщения, узкую петлю гистерезиса, малые магнитные потери.
Магнитомягкие материалы можно разделить на следующие группы: технически чистое железо (низкоуглеродистая сталь); кремнистая электротехническая сталь; сплавы с высокой начальной магнитной проницаемостью; сплавы с большой индукцией насыщения: ферриты.
Магнитотвердые материалы в отличие от магнитомягких имеют существенно большую коэрцитивную силу, которая расположена в пределах от 5*10³ до 5*10 А/м; площадь петли гистерезиса. Такие магнитные материалы применяются для изготовления постоянных магнитов – источников постоянных магнитных полей, которые практически во многих случаях выгоднее, чем электромагнитные.
Постоянные магниты имеют рабочий воздушный зазор. Следовательно, на разомкнутых концах возникают полюсы, создающие размагничивающее поле с напряженностью Н_л,, снижающее индукцию внутри магнита до В_л, которая меньше остаточной индукции. Остаточная индукция характеризует материал в том случае, если магнит находится в замкнутом состоянии и предварительно намагничен до насыщения в сильном внешнем магнитном поле.
По поведению в магнитном поле все материалы делятся на диэлектрики, парамагнетики, ферромагнетики и ферримагнетики. Принадлежность к той или иной группе определяется строением электронных оболочек.
Наибольший интерес с точки зрения технического применения представляют сильномагнитные вещества. Отметим, что характерной особенностью ферромагнетиков является способность существенно намагничиваться даже при нормальной температуре окружающей среды в любых магнитных полях. Вторая их особенность состоит в том, что выше определённой температуры, называемой температурой Кюри, ферро- и ферримагнетики переходят в парамагнитное состояние.
Кривая зависимости индукции первоначального размагниченного образца от напряжённости внешнего магнитного поля носит названия основной кривой намагничивания. Кривые намагничивания B=f(H) характеризуют протекание процессов намагничивания. Для каждой точки кривой можно выделить четыре основных области.
Крутизна кривой намагничивания, а, следовательно, лёгкость, с которой намагничивается материал, характеризуется магнитной проницаемостью μ.
Изменение магнитного состояния ферромагнетика при его циклическом перемагничивании характеризуется явлением гистерезиса, т.е. отставания индукции от напряжённости магнитного поля. Площадь петли гистерезиса пропорциональна работе, затраченной на перемагничивание за один раз.
При перемагничивании ферромагнетиков в переменных магнитных помехах, возникают потери энергии, обусловленные потерями на гистерезис и магнитными потерями. Динамические потери вызываются, прежде всего, вихревыми потоками, индуцированными в массе магнитного материала, и, частично, так называемым последствием (магнитной вязкостью). Первые, в свою очередь, зависят от сопротивления ферромагнетика (чем больше удельное электрическое сопротивление ферромагнетика, тем меньше потери на вихревые токи). На высоких частотах, в первую очередь, учитываются потери на вихревые токи, потери, связанные с магнитным последействием необходимо учитывать при использовании ферромагнетиков для работы в импульсных режимах.

4.3 Порядок выполнения работы

Исходные параметры исследуемых образцов магнитных материалов (наружный и внутренний диаметр, толщина тороидных сердечников, число витков обмоток, плотность материала) приведены в таблице, находящейся на рабочем месте.

При периодическом изменении напряжённости магнитного поля в исследуемом образце на экране осциллографа образуется петля гистерезиса, вид которой показан на рисунке 4.1. Изменяя значение намагничивающего тока I, можно получить семейство петель гистерезиса. Наибольшая петля, площадь которой не увеличивается при дальнейшем увеличении напряженности поля, называется предельной. Особенность её состоит в том, что при увеличении напряжённости поля растут только безгистерезисные участки, соответствующие участкам насыщения магнитного материала. По предельной петле гистерезиса определяют основные характеристики материала: B_max;B_Z;H_C: магнитные потери.
Включение и регулировка лабораторной установки выполняются следующим образом:
включить осциллограф и генератор звуковой частоты. Через 10 минут после включения уменьшить до минимума выходное напряжение генератора и выставить луч осциллографа в центр экрана;
установить небольшое горизонтальное и вертикальное усиление осциллографа. Регулируя выходное напряжение генератора U_Z повысить его с таким расчётом, чтобы довести намагничивание образца до насыщения, т.е. получить на экране осциллографа петлю гистерезиса. Ручками горизонтального и вертикального усиления осциллографа установить размер петли, удобный для наблюдения и отчётов. В дальнейшем ручки усиления осциллографа не трогать. Начать выполнение измерений.
1. Снять для всех представленных на рабочем месте образцов зависимости U₁(U₂) на нескольких частотах (по указанию преподавателя). Значения напряжения U₁ следует выбирать вплоть до значений, обеспечивающих полное насыщение материала исследуемого образца. О характере процессов следует судить по форме наблюдаемой на осциллографе петли гистерезиса.
Одновременно с измерением U₁ и U₂ следует зарисовать с соблюдением масштаба на миллиметровой бумаге соответствующие петли гистерезиса. На рисунках должны быть обозначены координатные оси, соответствующие осям на экране осциллографа. Измерения произвести на нескольких частотах (по указанию преподавателя).
2. По получении данных рассчитать значения H, B, μ по формулам:
(4.4)
(4.5)
(4.6)
где l_m – средняя длина магнитной силовой линии в образце; коэффициент 1.41 введён в связи с тем, что вольтметры в схеме измерения показывают действующие значения напряжения, а в расчёт должны входить амплитудные.
3. По полученным данным построить основные кривые намагничивания для всех исследуемых образцов, а также зависимость μ(H). Все кривые μ(H) построить на одном графике – для сравнительной оценки свойств образцов.
4. По полученным в пункте 1 графикам предельной петли гистерезиса определить для всех образцов значения максимальной индукции B_max, остаточной индукции B_Z, коэрцитивной силы H_C.
5. Измерив площадь петли гистерезиса S_пст, вычислить для всех исследуемых образцов удельную мощность потерь в магнитном сердечнике
(4.7)
где m_H=H/X – масштаб по оси напряжённости поля и m_B=B/Y – масштаб по оси индукции; X, Y – отклонения луча, соответствующие значениям величин H и B; f – частота; γ – плотность магнитного материала (см. таблицу на рабочем месте).
6. По данным, полученным в пункте 5 построить (для одного из образцов) график зависимости P_уд(H).
7. По данным, полученным в пункте 5 построить график зависимости P(f).
4.4 Контрольные вопросы

Какие вещества называют диамагнетиками, парамагнетиками, антиферромагнетиками, ферромагнетиками, ферримагнетиками? Объяснить принадлежность к той или иной группе с точки зрения строения электронных оболочек.

____________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________________

Объяснить, в чём заключается сущность явления ферромагнетизма? Почему ферромагнетик характеризуется доменами?

В чём заключается явление гистерезиса?

Какие характерные участки можно выделить на основной кривой намагничивания? Охарактеризовать процессы, протекающие при этом.

Как определить магнитную проницаемость μ материала по основной кривой намагничивания?

Дать определение начальной, максимальной и дифференциальной магнитным проницаемостям.

Что называется B_Z и H_C? Как влияют различные факторы на величину H_C.

Охарактеризовать виды магнитных потерь в ферромагнетиках и их зависимость от напряженности магнитного поля и частоты. Как определить потери на гистерезис для любого магнитного материала, имея статическую петлю гистерезиса?

Какие материалы называются магнитомягкими, и в каких изделиях электронной техники их используют.

Привести примеры магнитомягких материалов и перечислить требования, предъявляемые к ним.

1. Материаловедение [Текст] : учебник для вузов / Б.Н. Арзамасов, В.И. Макарова, Г.Г. Мухин [и др.] ; Под общ. ред. Б.Н. Арзамасова, Г.Г. Мухина. - 8-е изд., стер. - М. : МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2008. - 648 с.

2. Электротехнические и конструкционные материалы. [Текст] : учеб. пособие для сред. проф. образов. / В.Н. Бородулин, А.С. Воробьев, В.М. Матюнин ; Под ред. В.А. Филикова. - 2-е изд., стер. - М. : Академия, 2005. - 280 с.
3. Электротехнические материалы и изделия [Текст] : справочник / И.И. Алиев, С.Г. Калганова. - М. : РадиоСофт, 2005. - 352 с.
4. Сопротивление материалов. Основы теории упругости и пластичности [Текст] : учебник для студентов строит. спец. вузов / А.В. Александров, В.Д. Потапов. - 2-е изд., испр. - М. : Высшая школа, 2002. - 400 с.
5. Курс материаловедения в вопросах и ответах [Текст] : учебное пособие / С.И. Богодухов, В.Ф. Гребенюк, А.В. Синюхин. - М. : Издательство "Машиностроение", 2003. - 256 с.
6. Целебровский Ю.В. Материаловедение для электриков в вопросах и ответах: учеб.пособие / Ю.В. Целебровский. – 3-е изд. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2015. – 64с. - ISBN 978-5-7782-2676-0; То же [Электронный ресурс]. - URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book_view_red&book_id=438299
7. Брусенцов, Ю.А. Маркировка материалов электронной техники : учебное пособие / Ю.А. Брусенцов, В.А. Пручкин, И.С. Филатов ; Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования, Тамбовский государственный технический университет. – 2-е изд., стереотип. – Тамбов : Тамбовский государственный технический университет (ТГТУ), 2011. – 80 с. : ил., табл., схем.; [Электронный ресурс]. -URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=277961
8. Легостаев, Н.С. Материалы электронной техники : учебное пособие / Н.С. Легостаев. – Томск : Эль Контент, 2012. – 184 с. : ил.,табл., схем.; [Электронный ресурс]. – URL: http://biblioclub.ru/index.php?page=book&id=208681
Учебное издание
Мякотина Майя Вячеславовна
Материалы электронной техники

Рабочая тетрадь по выполнению лабораторных работ

Редактор: Иванова Н.И.

Компьютерный набор: Мякотина М.В.

Подписано в печать___________ Бумага для множительной техники
Формат _______ Усл. печ. л. ________ Тираж _____ экз. Заказ _____

Издано с оригинала автора

в редакционно-издательском отделе СТИ НИТУ «МИСиС»

Download 0.72 Mb.

Do'stlaringiz bilan baham:

1 2 3 4 5 6 7 8 9