Автор Тема: Заснемане на хистерезисна крива  (Прочетена 13257 пъти)

Неактивен mzk

  • Много Напреднал
  • *****
  • Публикации: 1 621
  • Пол: Мъж
  • http://analogov.com
    • analogov.com
Заснемане на хистерезисна крива
« -: Август 15, 2012, 03:34:08 pm »
Хистерезис - състояние на системата следвие от текущи и предишни състояния.

B = uH

B - плътност на магнитния поток (индукция) [T]
H - интензитет / напрегнатост на магнитното поле [A/m]
u (мю) - магнитна проницаемост [H/m] - (опр. - способността на материал да поддържа магнитно поле / степен на магнетизиране на материaл в следствие на приложено магнитно поле)

H е полето създадено от тока и зависи от големината на тока и НЕ зависи от средата.
B е полето, произведение от проницаемостта на средата и интензитета на полето.

Ако имаме проводник с формата на бобина, той има поле B=uH.
За да увеличим магнитния поток можем да поставим сърцевина от желязо, като в този случай B ще нарастне значително.

Когато използваме различни сърцевини, материалът в тях реагира забавено спрямо изменението на приложеното поле. Затова казваме, че има загуби от хистерезис - защото материалът в сърцевината не възвръща началната си позиция веднага.

Отношението в B-H кривата се вижда от следните графики:


Фиг 1: отношение на B от H и изменение на проницаемостта u в следствие от приложеното поле.

С нарастване на интензитета на полето H се увеличава плътността на магнитния поток B. Проницаемостта на средата (обикновено магнитопровод) скача рязко, а след това спада. Колкото повече спада проницаемостта u, толкова повече намалява способността на материала да съхранява енергия. В даден момент настъпва насищане на сърцевината и рязко скачане на тока през намотката.


Фиг 2: типична хистерезисна крива.

С червената област на фиг. 2 е отбелязана областта на дълбоко насищане на магнитопровода. Обикновено трансформаторите НЕ работят в тази област, а около областта с максимално u.


Фиг. 2а.

Кривата се генерира чрез измерване на потока B с едновременно измерване на интензитета H. Феромагнетик, който не е бил магнетизиран първоначално ще следва пунктираната линия с увеличение на H. В точка a почти всички от магнитните домени са подредени и увеличаване на интензитета H ще доведе до много малко увеличение на полето B. Материалът се е наситил. Когато H се намали до нула, кривата ще се измести от точка a до точка b. В този момент се вижда, че някаква част от магнитния поток B остава в материала, въпреки че интензитета H е нула. Това е точката на остатъчна намагнитеност на материала (някои домени са останали подредени, но повечето са загубили ориентация). С обръщане на интентитета H, кривата се придвижва до точка c, където магнитния поток B е нула (обърнатата сила на интензитета H е повлияла на достатъчно домени, така че нетния магнитен поток B в материала е нула). Това е силата необходима за премахване на остатъчния магнетизъм и се нарича коерцетивна сила.

При изменение на магнетизиращата сила (интензитета H) в отрицателна посока, материалът ще се насити отново, но домените ще са ориентирани в обратна посока (точка d). Редуцирането на интензитета H до нула ще придвижи кривата в точка e, която показва остатъчния магнетизъм, но с обратна посока. От тук нататък следва изменение на кривата от точка f до точка a, а не по пунктираната линия, поради факта, че материалът вече е имал някаква остатъчна намагнитеност.

За да се заснеме хистерезисната крива с осцилоскоп е необходимо да се следи токът и напрежението. Моля разгледайте долните две схеми:


Фиг. 3

Фиг. 4
За следенето на тока се ползват и в двата случая шунтове (резистор 1 ом и 20 ома според схемата). Сигналът се подава на генератора за хоризонтално отклонение (по оста X). Следенето на тока ни дава информация за интензитета на полето H.

За да получим магнитния поток B следим напрежението на изходна верига, съставена от вторична намотка и RC група (Фиг. 4). Ролята на RC групата е да интегрира изменението dB/dt за да се получи вертикален сигнал съответстващ на B.

Източници:
http://info.ee.surrey.ac.uk/Workshop/advice/coils/BHCkt/index.html
http://www.ndt-ed.org/EducationResources/CommunityCollege/MagParticle/Physics/HysteresisLoop.htm - много добро обяснение
http://www.physics.ucla.edu/demoweb/demomanual/electricity_and_magnetism/magnetostatics/hysteresis_curve.html
« Последна редакция: Август 15, 2012, 04:15:36 pm от mzk »

Неактивен mzk

  • Много Напреднал
  • *****
  • Публикации: 1 621
  • Пол: Мъж
  • http://analogov.com
    • analogov.com
Re: Заснемане на хистерезисна крива
« Отговор #1 -: Август 16, 2012, 12:25:14 pm »
Днес се занимавах със снемането на хистерезисна крива.

Трябва да се има предвид, че ако мерите хистерезис за феритни сърцевини е необходимо да имате достатъчно голям брой навивки. Аз лично пробвах с малък ферит с десетина навивки. Токът беше много голям и взех решение да изследвам сърцевина на мрежов трансформатор 220-12в.

На снимката 1 (ustanovka.jpg) се вижда:
- автотрансформатор (0-250в);
- мрежов траф 12-220;
- резистор 1 ом 1 ват (черния цилиндричен);
- изходна RC група съставляваща интегратора.

Чрез мощния резистор се следи токът на първичната.

На снимка 2 се вижда осцилограма на тока (зелената крива) и напрежението (жълтата). Вижда се, че токът нараства рязко в дадени моменти. Това се дължи на насищането на сърцевината. За да се изследва хистерезиса на дадена сърцевина е необходимо да стигаме до насищане, за да можем да снемем пълната крива.

Друг важен момент е, че не трябва да натоварваме вторичната. В противен случай се получава прост транформатор. Поради реакцията на Ленц не можем да наситим сърцевината и се получават неща, които не ни интересуват (виж снимки 4 и 5, които са снети с товар лампа с нажежаема жичка).

Това, което се получава при така аранжираната установка е показано на снимка 3 (hys1.jpg).

Интеграторът представлява RC група с определена времеконстанта. В схемите от горния пост са дадени стойности 800кОм и 1 милифарад кондензатор, които според мен са малко високи. От друга схема става ясно, че времеконстантата на интегратора трябва да е над 25 милисекунди. Тя се изчислява лесно:

tau = R*C

В случая съм ползвал 2х47кОм резистори и 2*470 нанофарада неполярни кондензатори (0.94 мкф).
tau = (94*10^3)*(0.94*10^-6) = 0.088 = 88 милисекунди > 25 мс.

Не съм добре запознат със необходимите стойности на интегратора, така че ако някой има повече информация, нека сподели.
« Последна редакция: Август 16, 2012, 12:38:40 pm от mzk »