Elektrimaterjalid Töö
nr. 4 Magnetmaterjalid Juhendaja :
Üliõpilased:
Rühm:
AAVB41
Tallinn
2014
Sisukord
1.Töö eesmärk [ 1 ] 3
2.Töö programm [ 1 ] 3
3.Töö
selgitus ja mõõteseadme skeem [ 1 ] 3
4.Mõõtetulemused 6
5.Magnetmaterjalide parameetrid [ 2 ] 7
1.1Katsekeha nr.1: Raud 7
1.2Katsekeha nr.2: Ferrid 7
1.3Katsekeha nr.3: Ferrid 8
6.Näidisarvutused ja
koondtabel tulemustest 8
7.
Graafikud 11
8.Tulemuste analüüüs 14
9.Kasutatud materjalid 15
10.Lisa: Originaalandmed 16
Töö eesmärk [ 1 ]
Tutvumine magnetmaterjalide põhiliste karakteristikutega ja nende määramise
meetoditega.
Töö programm [ 1 ]
1.
Tutvuda töö teoreetiliste alustega.
2.
Kontrollida mõõteseadme korrasolekut.
3.
Mõõta vajalikud andmed kõverate B = (f) H ja µ ~ = f ( H )
kujundamiseks.
4.
Kanda paberile hüstereesisilmused maksimaalse magnetvälja tugevuse
juures
erikadude
ja koertsitiivjõu leidmiseks.
5.
Koostada aruanne, mis sisaldaks:
a. mõõteseadme skeemi,
b. proovitavate materjalide kirjelduse,
c. vajalikud arvutused koos valemitega,
d. tulemuste kokkuvõtte tabelina (nt: Hmax, Bmax, Hc, Br, µmax, p1,
p2)
e. töö tulemuste graafikud ning
f. töö tulemuste analüüsi ja saadud andmete võrdluse kirjanduse
andmetega.
Töö selgitus ja mõõteseadme skeem [ 1 ]
Kui
muuta tsükliliselt rakendatava magnetvälja tugevust H , muutub
ferromagnetilises
materjalis
ka magnetiline induktsioon B . Nii saab kinnise kõvera, mis
iseloomustab
ümbermagneetimise
tsüklit ja mida nimetatakse hüstereesisilmuseks. Olenevalt välise
magnetvälja
tugevuse suurusest võib saada terve hüstereesisilmuste parve.
Valime nendest
kõige
suurema, s.t. sellise, kus materjal on magneeditud küllastuseni (vt.
Joonis 4.1).
Küllastatud
katsekeha magnetilise induktsiooni väärtust lahtimagneetimisel
punktis H=0
nimetatakse
jääkinduktsiooniks Br .
Joonis
1. Hüstereesisilmused ja magneetimiskõver
Et
vähendada magnetilist induktsiooni väärtuselt Br
nullini, tuleb rakendada vastassuunaline magnetväli tugevusega Hc.
Seda magnetvälja tugevust Hc
nimetatakse koertsitiivjõuks. Põhilisteks magnetmaterjale
iseloomustavateks karakteristikuteks on magneetimiskõver, s.o.
magnetilise induktsiooni sõltuvus magnetvälja tugevusest, ja
magnetiline läbitavus. Magneetimiskõver saadakse sümmeetriliste
hüstereesisilmuste tippude ühendamise teel (kõver OA, Joonis 1).
Suhtelise magnetilise läbitavuse saab magneetimiskõveralt
magnetilise induktsiooni ja magnetväljatugevuse suhtena antud kõvera
punktist;
kus μ0
=
4 10-7
(H/m)
– magnetiline konstant.
Vahelduvas
magnetväljas saadakse nn. dünaamilised hüstereesisilmused,
dünaamiline magneetimiskõver ja dünaamiline magnetiline läbitavus
µ~
.
Ümbermagneetimisel
tekivad alati kaod. Ferromagnetilistes materjalides esinevad nii
hüstereesi- kui ka pöörisvoolukaod. Pöörisvoolukaodsõltuvad
materjali eritakistusest. Mida suurem on aine eritakistus , seda
väiksemad on pöörisvoolukaod. Dünaamilise hüstereesisilmuse
pindala on võrdeline hüstereesi- ja pöörisvoolukadudega.
Joonis 2. Kasutatud mõõteseadme skeem
Mõõtetulemused
Sagedus
: 85 Hz
Tabel
1. Mõõtetulemused
Katsekeha nr. 1
Katsekeha nr. 2
Katsekeha nr. 3
U1, mV
U2, V
U1, mV
U2, V
U1, mV
U2, V
940
3,52
1V
0,860
1000
1,88
900
3,36
900
0,760
960
1,8
840
3,28
840
0,680
920
1,72
820
3,2
800
0,640
880
1,68
780
3,12
740
0,540
820
1,56
740
3,04
700
0,500
780
1,48
700
2,96
648
0,464
660
1.24
680
2,88
608
0,400
600
1,16
660
2,88
568
0,336
560
0,960
640
2,88
536
0,274
448
0,900
620
2,82
504
0,216
408
0,800
580
2,80
480
0,172
320
0,620
560
2,72
448
0,124
256
0,480
520
2,64
416
0,084
232
0.400
420
2,32
368
0,048
200
0,340
320
2,08
432
0,100
184
0,284
240
1,76
388
0,063
164
0,220
144
1,36
360
0,047
148
0,180
120
1,08
184
0,018
72
0,05
102
0,840
78
0,620
68
0,340
38
0,08
Magnetmaterjalide parameetrid [ 2 ]
Katsekeha nr.1: Raud
Keerdude arv:
225
Tihedus:
=
7870
Magnetahela
ristlõike pindala
(Mähised
on keskmisel sambal, seetõttu on magnetahela ristlõike pindala
võrdne keskmise samba ristlõike pindalaga):
S
= 5x6 = 30 =
0,00003
Magnetahela
keskmine pikkus:
l
= 2×(10-1,25)+2×(17,5-2.5) = 47,5 mm = 0,0475 m
Katsekeha nr.2: Ferrid
Keerdude
arv:
100
Tihedus:
=
4900
Magnetahela
ristlõike pindala:
S
= ×h
= =
25
= 0,000025
Magnetahela
keskmine pikkus :
l
=
=
×=
23,6
= 0,0236m
Katsekeha nr.3: Ferrid
Keerdude
arv:
160
Tihedus:
=
4900
Magnetahela
ristlõike pindala:
S
= ×h
=
=25
= 0,000025 m
Magnetahela
keskmine pikkus :
l
=
=
×
= 36,13 mm = 0,03613m
Näidisarvutused ja koondtabel tulemustest
Katsekeha nr1. Raud
Primaarvoolu
tipuväärtus :
=
0,047 A
Maksimaalne
magnetväljatugevus katsekehas:
222,6
Maksimaalse
magnetilise induktsiooni tipuväärtus:
Vastavad
mastaabid ostsillograafi ekraanil :
Erikadu
p, arvutatud hüsteerissilmuse pindala järgi:
Koertsiivjõud
kui B=0
Erikadusid
võib ka arvutada lihtsustatud kujul, kus hüsteerissilmus
asendatakse ristkülikuga
Tabel
2. Tulemuste koondtabel
Nimetus, valem
Katsekeha nr. 1 (Raud)
Katsekeha nr. 2 (Ferriid)
Katsekeha nr. 3 (Ferriid)
Magnetväljatugevus
Hmax, [A/m]
222,6
211,9
221,1
Induktsiooni tipuväärtus
Bmax, [T]
0,98
0,64
0,88
Mastaap x-telje suhtes
[
2,81
2,64
3,2
Mastaap y-telje suhtes
[
0,021
0,22
0,0161
Magnetiline läbitavus,maksimaalne
µmax
8810
2421
3165
Erikadu, silmuse pindala
p1, [W/kg]
1,33
3,67
2,2
Koertsiivjõud
Hc, [A/m]
50,6
108,16
76,8
Erikadu, ristkülik
p2, [W/kg]
2,1
4,79
4,68
Graafikud
Katsekeha nr1. Raud
Joonis
3. Raua suhtelise magnetilise läbitavuse ja magnetvälja tugevuse
võrdluse graafik
Joonis
4. Raua magneetimiskõver
Katsekeha nr2. Ferrid 1
Joonis
5. Ferrid magneetimiskõver
Joonis
6. Ferrid 1 suhtelise magnetilise läbitavuse ja magnetvälja
tugevuse võrdluse graafik
Katsekeha nr.3 Ferrid 2
Joonis
7. Ferrid 2 Magneetimiskõver
Joonis
8. Ferrid 2 suhtelise magnetilise läbitavuse ja magnetvälja
tugevuse võrdluse graafik
Tulemuste analüüüs
Tulemuste
põhjal võib õelda, et raual ( katsekeha nr.1 ) on kõige suurem
magneetiline läbitus, kõige väiksema läbitavusega on ferriit (
katsekeha nr.2) . Kõige suuremad erikaod on arvutuste järgi
katsekehal nr. 2 ja kõige väiksemad katsekehal nr. 1. Erikadude
kahe erineva aruvutsmeetodi vahel esineb kõigil katsekehadel suuri
erinevusi. Teine valem ei arvesta hüsteerissilmuse kuju ning
seetõttu on kaod suuremad kui tegelikkuses.
Hüstereesisilmuse
kuju kui ka koertsitiivjõu alusel liigitatakse ferromagneetikud
magnetiliselt pehmeteks ja kalkideks, arvutuste põhjal on katsekeha
nr.3 ja- nr.2 magnetiliselt kõva ning katsekeha nr.1 pehme materjal.
Seega võib kasutada katsekeha nr.3 ja nr.2 m püsimagnetina ja
katsekeha nr.1 magnetjuhina eriti vahelduvvoolu korral . [ 3 ]
Arvutatud
katsekeha nr.1 tulemused on ligilähedased kirjandusele vastavale
raua magnetilistele omadustele. [ 4 ]
Katsekeha
nr2 ja nr3 katseandmed pole täielikud
Kasutatud materjalid
Taklaja, P.Laboratoorne töö nr4. https://moodle.e-ope.ee/pluginfile.php/843452/mod_resource/content/1/Lab_4_Magnetmaterjalid.pdf
Taklaja,P. Laboratoorne tö nr4. Lisa :
https://moodle.e-ope.ee/pluginfile.php/846811/mod_resource/content/2/Lab_4_Lisa_Magnetmaterjalide%20parameetrid.pdf
Materjalid – E-õpe keskkond:
http://e-ope.ee/_download/euni_repository/file/2248/html_materjalid.zip/magnet4.html
Materjalide õpetus elektrikutele „Magnetilised materjalid“ :
http://opiobjektid.tptlive.ee/Materjaliopetus/magnetilised_materjalid.html
Materjalide õpetus elektrikutele „Magnetiliste materjalide põhiomadused ja liigitus“
Lisa: Originaalandmed
50 punkti
Autor soovib selle materjali allalaadimise eest saada 50 punkti.
~ 10 lehte
Lehekülgede arv dokumendis
2014-10-10
Kuupäev, millal dokument üles laeti
36 laadimist
Kokku alla laetud
0 arvamust
Teiste kasutajate poolt lisatud kommentaarid
margi19
Õppematerjali autor
annaabi.ee 
Kõik kommentaarid