Materiály v elektrotechnice – Měření permeability feritů

Teoretický rozbor :

1. Měření počáteční permeability feritů:

   Po vložení fero – či ferimagnetika do vnějšího magnetického pole o konstantní intenzitě H , se zvětší v důsledku jevu magnetické polarizace v daném prostoru magnetická indukce B. Pro charakterizaci jevu magnetické polarizace se v praktických aplikacích nejčastěji používá permeabilita.

B = m₀ * m_r * H ,

 

kde m₀ je magnetická konstanta , jejíž hodnota je číselně shodná s absolutní permeabilitou vakua  a m_r je relativní permeabilita.

Zvýšení magnetické indukce B v důsledku magnetické polarizace se při konstantní intenzitě H projeví zvětšením indukčnosti cívky po vložení jádra z fero – či ferimagnetika . Toho se využívá k praktickému určováni relativní permeability.

Veličina m_r není materálovou konstantou , neboť se u ní projevuje značná teplotní        a kmitočtová závislost.

Definujeme dva druhy relativních pemeabilit :

è Maximální permeabilita m_max je relativní permeabilita , která je úměrná           směrnici tečny vedené z počátku souřadného systému k normální křivce prvotního magnetování B = f ( H ).

è Počáteční  permeabilita m_poč je relativní permeabilita , která je úměrná směrnici tečny vedené k normální křivce B = f ( H ) v počátku souřadného systému.

Ve střídavém magnetickém poli je fázor magnetické indukce opožděn za fázorem intenzity magnetického pole o ztrátová úhel d.

D ( w ) = m₀ m^* ( w ) H ( w )

 

Pro účely měření se cívka s fero – či ferimagnetickým jádrem vyjadřuje jednoduchým náhradním schématem , zpravidla ve tvaru sériového zapojení prvků Ls , Rs .

Teplotní závislost relativní permeability je v širokém  teplotním rozsahu nelineární a navíc značně závislá na intenzitě magnetického pole. Z feromagnetického do paramagnetického stavu přechází látka v oblasti tzv. Curieho teploty , kdy dochází k destrukci doménové struktury. V praxi se nahrazuje mezní pracovní teplotou Tc , při níž klesne počáteční permeabilita na 50% své hodnoty zjištěné při teplotě u = 20 °C.

 

1. b) Měření ztrátového čísla transformátorových a dynamových plechů:

Při působení střídavého magnetického pole dochází v magnetických materálech vlivem neustálého přemagnetovávání ke ztrátě energie.

Celkové ztráty jsou tvořeny součtem několika druhů ztrát různé fyzikální podstaty.

Jde o ztráty hysterezní P_h , ztráty vířivými proudy P_V a ztráty magnetickým zpožděním P_Z . Celkové ztráty jsou pak součtem těchto ztrát.

Ztráty hysterezní jsou způsobeny pochody při změnách doménové struktury v magnetickém poli.

Ztráty vířivými proudy jsou způsobeny průchodem indukovaných proudů feromagnetikem. Vířivé proudy se indukují ve vodivém materiálu jádra cývky při střídavém magnetování.

Ztráty magnetickým zpožděním jsou způsobeny difúzními pochody v krystalické mřížce.

 

MĚŘÍCÍ METODA A POUŽITÉ ZAŘÍZENÍ :

1. Měření počáteční permeability feritů :

Relativní permeabilita je mimo jiné definována :  m_r = m / m₀ = Ls / L₀ ,

kde Ls je sériová indukčnost cívky s feromagnetickým jádrem a L₀ je indukčnost stejné cívky bez jádra .

Po úpravě :                      m_r = ( Ls * l_S ) / ( m₀ * N² * S )          ( 9 -16 )  ,kde

 

l_S = P * ( ( d₁ + d₂ ) / 2 )                    ( 9 -17 )

S = h * ( ( d₂ – d₁ ) / 2 )                      ( 9 -18 )

Indukčnost se měří měřičem indukčnosti a kapacity Tesla BM 366 , jehož princip spočívá ve využití rezonanční metody .

Rezonance se pro větší přesnost indikuje na vnějším voltmetru V , jehož maximální výchylka při rezonanci se dekádou R₁ nastavuje na vypočtené napětí , úměrné zadané intenzitě H . Pro U₂ platí :

U₂ = ( R₂ * H * l_S ) / ( Ö2  * N )

 

 Měření ztrátového čísla transformátorových a dynamových plechů:

Princip činnosti ferometru Tesla je založen na experimentálně zjištěném vztahu mezi měrnými ztrátami a relativní permeabilitou měřeného feromagnetika.

Miliampérmetr vyhodnocující velikost proudu je cejchován přímo v hodnotách měrných ztrát p_1,0.

 

POSTUP MĚŘENÍ :  – Měření počáteční permeability feritů :

1. Zkontrolujeme uložení zkušebních vzorků v termostatu . Vzorky zapojíme do obvodu .
2. Připojíme měřič LC a voltmetr V k síti.
3. Ze zadaných rozměrů toroidu vypočítáme podle ( 9-17 ) a ( 9-18 ) střední délku magn . siločáry l_S a průřez jádra S.
4. Podle vztahu ( 9- 20 ) vypočítáme ze zadané intenzity magn . pole H úbytek napětí na odporu R₂ – U₂.
5. Nalezneme rezonanci . Velikost maxima při rezonanci nastavíme pomocí dekády R₁ tak ,aby úbytek napětí na rezistoru R₂ se rovnal vypočtenému U₂ . Na stupnici měřiče LC odečteme hodnotu měřené indukčnosti při teplotě místnosti . Postup dle bodů c) – e) opakujeme pro všechny vzorky.
6. Na kontaktním teploměru termostatu nastavíme prvou ze zadaných vyšších teplot a termostat zapneme. Změříme všechny indukčnosti dle bodu e).
7. Postup podle bodů f) – e) opakujeme pro všechny teploty.
8. Počáteční permeabilitu vypočteme z rovnice ( 9 -16 ) , mezní pracovní teplotu Tc určíme z grafické závislosti m_poč = f ( u ) . V teplotním rozsahu 20 – 60 °C stanovíme a_mpoč ze vztahu :

a_mpoč = ( 1 / m_poč20 ) * ( ( m_poč60 – m_poč20 ) / 40 )

 

–  Měření ztrátového čísla transformátorových a dynamových plechů:

1. Na zadní stěně přístroje odšroubujeme kryt , vyjmeme jho a postavíme je na nemagnetickou podložku. Přívod spojíme s přístrojem.
2. Zapneme přístroj síťovým vypínačem , podle tloušťky měřeného plechu nastavíme přepínač tloušťky a ručku měřidla nastavíme kalibračním potenciometrem na červenou rysku.
3. Měřený plech položíme na nemagnetickou podložku , na plech přiložíme magnetovací jho a stlačíme rukojeť směrem dolů. Na měřidle odečteme hodnotu měrných ztrát p_1,0.
4. Hodnotu měrných ztrát měříme na jednom vzorku plechu celkem 6 – krát, a to vždy 3 – krát na různých místech ve dvou na sebe kolmých směrech. Za správnou hodnotu považujeme aritmetický průměr ze všech šesti naměřených hodnot. U orientovaných plechů se budou výsledky měření značně lišit. V tomto případě uvádíme dva dva výsledky , dané průměrnou hodnotou z příslušných tří měření.

 

POUŽITÉ PŘÍSTROJE :      

 

Ferometr TM411 TESLA   v.č.  22 310

Mikrometr       SOMET

RLC meter       BK 136       v.č. 20 764

Měřící aparatura    DKP 141

 

 

 ZÁVĚR :

Vynesla se grafická závislost m poč.= f (J),ode4etla se Courierova  teplota Tc=103.6+273.15=376.75 K

1. určil se apoč. =0,00071=teplotní součinitel permeability

1. U předložených 10 plechů se určily měrné ztráty v W/kg.

2 plechy (č.1 a č.4) vykazovaly chování orientovaných plechů.