L6 Mat Magn Semmnal Mic

8/16/2019 L6 Mat Magn Semmnal Mic

1/14

L U C R A R E A N R . 6

CARACTERIZAREA MATERIALELOR FERO ŞIFERIMAGNE T I C E LA SE M N AL MIC

Scopul lucrăriiScopul acestei lucrări este determinarea proprietăţilor magnetice ale

materialelor fero şi ferimagnetice, în speţă dependenţa permeabilităţii magneticea acestora funcţie de frecvenţă la semnal mic.

A. Caracterizarea aterialelor !ero a"#etice $Fe%Si& la 'e #al icPentru a caracteriza un material feromagnetic la semn mic (B~ ! m"# se

utilizează $ bobine cu aceeaşi geometrie a bobina%ului şi acelaşi numar de spire.( Prima este notatăL şi are miez magnetic format din tole &' introduse

întreţesut pentru a realiza un circuit magnetic înc)is.( * doua, notată cuL ) *diferă de prima numai prin modul în care au fostintroduse tolele+ astfel pe o parte a bobinei sunt introduse toate tolele & iar pecealaltă se monteaza toate tolele pentru a înc)ide circuitul magnetic. ntretolele & şi se introduce un -întrefier (adică un material nemagnetic, în cazulde faţă o bucată de )/rtie#( * treia bobină, notatăL +, este identică cu celelalte dar nu are miezmagnetic..

nFi"ura , sunt prezentate sc)iţele celor 0 bobine.

Fi"ura ,. 1ele două bobine cu miez nemagnetic, respectivferomagnetic şi sc)emele lor ec)ivalente. 2iezul are formă toroidală fiind ec)ivalent

din punct de vedere magnetic cu miezul folosit (tor dr substituţie#.

3rice miez magnetic se caracterizează (la semnal mic# printr4un număr comple5 (prin convenţie# denumitper ea-ilitate , 6 7 6 8 9 % 6 . Partea reală a permeabilităţii reprezintă raportul dintre valoarea inductanţei unei aceleiaşi bobine cu miez şi fără miez iar parte imaginară este un parametru de pierderi.Pentru a le defini se scriu impedanţele celor două bobine. :ezultă+

; < 7 r < ' %ω=—————————————————————————————————————LABORATORUL DE MATERIALE CATEDRA TEF


2/14

LUCRAREA NR. 6 MATERIALE FERIMAGNETICE—————————————————————————————————————

; m 7 r < ' %ω= 7 r < ' µ =< 7 r < ' ωµ′′ =< ' %ωµ′=< 7 r ' %ωµ′=< (!#

unde+r < este rezistenţa de pierderi prin efect ?oule, pro5imitate, dielectrici, etc. în

conductorul de bobina%>r 9 rezistenţa serie ec)ivalentă a bobinei cu miez r 7 r < ' r m 7 r < ' ωµ′′ == şi =< 4 inductanţa cu şi fără miez a bobinei>µ 4 permeabilitatea (iniţială# comple5ă a miezului>

πω0 4 frecvenţa de măsură.

@actorul de calitate al materialului Am este+

b< br =A

+ω=ω= ($#

acă se măsoară la o frecvenţă dată

π

ω0 mărimile =o, =, r < şi r

permeabilitatea comple5ă a miezului poate fi calculată utiliz/nd relaţia+

<

<

< =r r %

== %

ω−−=µ′′−µ′=µ (C#

Pentru caracterizarea miezurilor av/nd geometrii diverse se utilizează-torul de substituţie (imaginar# care este -confecţionat dintr4un material cu permeabilitatea efectivăµe, av/nd lungimea le şi aria *e. in condiţia ca torul desubstituţie, cu acelaşi număr de spire ca şi înfăşurarea pe miezul considerat, săconducă la aceiaşi parametri magnetici rezultă dimensiunile şi permeabilitateaefectivă, astfel+

>11l

0

0!

e = >11*

0

!e =

>

*l

1

i ii

i

!e

∑µ′=µ′

(D#

∑==i i

i

e

e! *

l*l1 ∑==

i0i

i0e

e0 *

l*l1

unde iµ′ , li şi *i sunt parametrii permeabilitate magnetică, lungime şi arietransversală a porţiunii omogene -i a miezului considerat.

nductanţa înfăşurării cu E spire pe miezul dat se poate estima pe baza parametrilor torului de substituţie+—————————————————————————————————————LABORATORUL DE MATERIALE - 2 - CATEDRA TEF

r m


3/14


[ ][ ]mml

!


4/14


subreţele magnetice diferite create de ionii de o5igen. n general, structuramaterialului are la bază două tipuri de subreţele ce prezintă magnetizarespontană cu momente magnetice neegale orientate antiparalel.

Structura c)imică generală a feritelor -spinel este+

2e0'

304

@e$'

3 $04

unde 2e este un metal bivalent (2n, ;n, Ei, 1d, 2g, Ba etc.# sau o combinaţiemetalică ec)ivalentă (2n4;n, Ei4;n etc.# Proprietăţile magnetice ale feritelor aula bază structura internă a acestora formată din subreţele magnetice atomice careapar spontan în volume finite (domenii Qeiss#, fiecare reţea av/nd momentelemagnetice elementare orientate în acelaşi sens pe un grup de linii reticulare paralele, iar pe un alt grup de linii reticulare paralel cu primul orientarea amomentelor magnetice elementare este inversată.

@igura+

@aţă de materialele feromagnetice, feritele au următoarele avanta%e principale+4rezistivitatea electrică este mult mai mare (din punct de vedere electricma%oritatea feritelor au un caracter semiconductor cu rezistivitate între !< R !4caracteristicile magnetice sunt mai stabile la solicitări mecanice (şocuri,vibraţii, etc.#>1a dezavanta%e, comparativ cu materialele feromagnetice amintim+4permeabilitate magnetică relativă mai mică> la ferite cel mult C


5/14


4sunt dure, casante şi deci greu de prelucrat mecanic (se pot prelucra doar prinrectificare abrazivă#.@eritele se împart în două mari tipuri în funcţie de de valoarea intensităţiic/mpului magnetic coercitiv, Fc, figura !+4ferite moi, Fc


6/14


Pentru orice formă a unui miez magnetic este necesar să fie găsitemărimile -efective , adică acele dimensiuni le, * e şi permeabilitateµe ale unuitor ipotetic (tor de substituţie# cu aceleaşi proprietăţi magnetice. &c)ivalenţa poate fi stabilită dacă se consideră tronsoane ale miezului omogene din punct devedere al inducţiei magnetice, aceste tronsoane fiind caracterizate de parametriilungime li şi arie transversală *i, prin definirea constantelor miezului 1! şi 10+

∑∑ ====i

0i

i

0e

e0

i i

i

e

e!

*

l

*

l1

*

l

*

l1 (G#

din care rezultă+

0

!e

0

0!

e1

1*

1

1l == (J#

1a e5emplificare, parametrii torului de substituţie pentru un miez de tip-oală fără întrefier, av/nd dimensiunile dinFi"ura 3 se vor calcula aplic/ndrelaţiile (G# şi (J# astfel+

( )0$0C! r r * −π= > ( )0!00$ r r * −π= >0

$

0

0

r r

ln)

!*l

π= > $00$

0000

0

r r r r

)0!

*

l −π

= >

$

0C

0$

0 r 0

r r s −+= > ( ))r 0r r 0* $

0$

0CC +−

π= > ( ))s0C

l 0C +π= > (X#

0r r r s

0

!

0

00! +−= > ( ))r 0r r 0* 00!00D +−π= > ( ))s0Cl !D +π=

Fi"ura 3. Secţiunea transversală a unui miez tip -oală .

Pentru oala de ferită !JY!! dimensiunile sunt următoarele+0r ! 7 0r 0 7 0r $ 7 !,DC cm> 0r C 7 !,J cm> l! 7 l$ 7 ) 7


7/14


substituţie, iarµ cea a materialului. n cazul e5istenţei unui întrefier cu lăţimeδ le atunci între părţile reale ale permeabilităţilorµe şi µ se poate scrie relaţia+

µ′+δ

≈µ′

δ

!

!e 1

*

1

(!e 9 este constantă de material a pierderilor prin curenţi @oucault Zs4![>

—————————————————————————————————————LABORATORUL DE MATERIALE - 7 - CATEDRA TEF


8/14


c 9 este coeficient al pierderilor reziduale.n prezenţa întrefierului relaţia (J# devine+

( )cef BVa0!tg

ee

me ++π=µ′δ

(!$#

unde eBV este inducţia efectivă de v/rf+

E*

0\

*

l

**

(V EBV

e

e

ee

<e ω

≈

µ′+δ

µ=

δ

(!C#

iar \ este tensiunea efectivă aplicată înfăşurării realizate pe miezul considerat.

E. 4er ea-ilitatea co ple2ă relati1ă a !eritelor4ri#cipiul )e ă'ură este următorul+ se determină valorile inductanţei

unei bobine cu miezL , şi a unei bobine fără miezL+,, identică cu prima, ladiferite frecvenţe, din aceste măsurători rezult/nd partea reală a permeabilităţiimagnetice a miezului. Pentru determinarea părţii imaginare a permeabilităţii sefac măsurători asupra factorului de calitate al celor două bobine.

2ăsurătorile se fac utiliz/nd un circuit magnetic înc)is pentru a pune înevidenţă proprietăţile de material. Se utilizează în acest scop o oală de ferită dedimensiune !JY!! pe mosorul căreia au fost bobinate E 7 !0 spire (bobina =m!# şio bobină identică cu cea din interiorul oalei de ferită, dar fără miez (bobina =

!# Se determină capacitatea parazită a bobinei cu miez =m! folosind A4metrul. Pentru aceasta se cuplează =m! la bornele marcate cu -=5 ale A4metruluişi se face acordul acestuia la 0 frecvenţe apropiate (f ! 7 J


9/14


P?rez _ pr

1=0

!f

π= (!H#

c# 1u a%utorul punţii de măsurăi se vor face măsurători asupra bobinelor =m! şi =o! la diferite frecvenţe indicate inTa-elul .

Ta-elul .f(IF;# D< J< !Se completează prin calcul ultima secţiune dinTa-elul folosind relaţiilede mai %os+

0m! pI( # ! = 1ω = + ω N m!

=I=

µ = NN m!

: : =−µ = ω (!G#

Pe bazaTa-elului se vor reprezenta grafic dependenţeleµN(f#,µNN(f# şiAm(f#, undeµN şiµNN sunt partea reală, respectiv cea imaginară a permeabilităţiicomple5e a materialului ferimagnetic, Am 7 µN OµNN reprezintă factorul de calitateal miezului magnetic (care este diferit de factorul de calitate al bobinei cumiez A bm#, iar f este frecvenţa. 1ele $ grafice se vor realiza pe $ diagramediferite sau pe aceeaşi diagramă, însă cu scale diferite pentru cele $ mărimi.&5plicaţia este următoarea+ cele $ mărimi studiate au game de valori care diferăcu c/teva ordine de mărime, astfel că reprezentarea lor pe o diagramă cu osingură etalonare pe a5a ordonatelor este practic imposibilă

F. Mă'urarea per ea-ilită0ii re1er'i-ile4ri#cipiul )e ă'ură este următorul+ folosind o bobină cu miez înc)is

av/nd 0 înfăşurări (primar şi secundar# se determină valoarea inductanţei uneiadintre înfăşurări (cea primară# la diferite valori ale intensităţii c/mpului

magnetic în miez. ^aloarea acestuia din urmă se stabileşte prin modificareaintensităţii unui curent continuu aplicat înfăşurării secundare a bobinei.

—————————————————————————————————————LABORATORUL DE MATERIALE - 9 - CATEDRA TEF


10/14


a# Se utilizează o bobină cu miez de ferită toroidal cu 7 D$ mm, d 7 $! mmşi ) 7 !D mm, av/nd 0 înfăşurări+ cea primară cu E p 7 $D spire şi cea secundarăcu Es 7 0< spire. nfăşurarea primară se notează cu =m0 şi reprezintă inductanţade măsurat.

Fi"ura 7. 2onta% e5perimental pentru determinarea dependenţeiµMrev 7 f(F# pentru un miez de ferită toroidal.

1u această bobină se realizează circuitul dinFi"ura 7. 1u a%utorulgeneratorului de curent constant `11, alimentat de la sursa stabilizată S"S cu otensiune de !D ^ se in%ectează un curent continuu în înfăşurarea secundară a bobinei. âloarea intensităţii acestui curent electric se modifică din potenţiometrul P şi se măsoară cu un miliampermetru 2* av/nd capătul descală la valoarea de ma5 7 C


11/14


Pe bazaTa-elului se va reprezenta grafic dependenţa ( )Frevµ′ .

G. Mă'urarea per ea-ilită0ii apare#te

4ri#cipiul )e ă'ură este acelaşi cu cel de la punctul !, şi anume sedetermină inductanţa şi factorul de calitate pentru o bobină cu miez tip bară şi pentru o bobină cu miez de tip cadru, precum şi bobinelor identice fără fărămiez.

Se utilizează o bobină cu E 7 !


12/14


$. 3 bobină cu E! 7 !D spire şi raza r ! 7 !< cm încon%oară un solenoid lung derază r 0 7 0 cm şi E0Ol0 7 n0 7 !dtdB* E

dt#B*(d E

dtd E

s!


13/14


in legea lui @aradaT, forţa electromagnetică indusă este proporţională cu vitezade variaţie a curentului+

dt

d(=−=ε

#a bt0(=#at bt(dtd

= 0 −=−⋅−=ε

ε 7 (


14/14


ntr4un circuit =1, ecuaţia care descrie sarcina pe capacitor în timp este deforma+

#tcos(AA ma5 δ+ω⋅=unde =1!=ω . eoarece la t 7

Documents

L6 Mat Magn Semmnal Mic