КЭТ лабораторные 2 поток / 9283_Зикратова_6 лаб_отчёт

МИНОБРНАУКИ РОССИИ

Санкт-Петербургский государственный

электротехнический университет

«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)

Кафедра МНЭ

отчёт

по лабораторной работе №6

по дисциплине «компоненты электронной техники»

Тема: ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШЕК ИНДУКТИВНОСТИ НА ФЕРРИТОВЫХ СЕРДЕЧНИКАХ

Студентка гр. 9283		Зикратова А. А.
Преподаватель		Пермяков Н. В.

Санкт-Петербург

2021

Цель работы.

Исследование изменений параметров катушек с ферритовыми сердечниками при различных частотах и входных напряжениях.

Основные теоретические положения.

Катушка индуктивности конструктивно реализуется в виде однослойной или многослойной обмотки из изолированного провода, которая наматывается на магнитный сердечник или на изоляционное основание. По форме катушки индуктивности могут быть трех видов: цилиндрическая катушка, или соленоид (сердечник - магнитный стержень); катушка на сердечнике с замкнутым магнитным потоком (тороидальный, броневой, Ш- или П-образный сердечники); плоская катушка (спираль с планарно расположенными витками, сердечник - магнитный диск). Индуктивность катушек первых двух видов может быть определена из выражения:

,

где k_ф =< 1 - коэффициент формы; μ - магнитная проницаемость сердечника; w - число витков обмотки; S_с - сечение сердечника; l_с - средняя длина магнитных силовых линий в сердечнике.

Характеристики тороидальных катушек индуктивности определяются свойствами материала магнитного сердечника. При использовании катушек на частотах выше 100 кГц их сердечники изготавливаются из ферритов - магнитных полупроводниковых керамических материалов. Магнитомягкие ферриты, обладающие достаточно большой магнитной проницаемостью и малой коэрцитивной силой, применяются в качестве материалов для изготовления сердечников любой формы; они имеют невысокую стоимость. Достоинством их по сравнению с металлическими магнитными сердечниками является также большое удельное сопротивление ρ, что препятствует индуцированию вихревых токов. Поэтому в широком диапазоне частот магнитная проницаемость ферритов μ остается постоянной, а потери энергии практически обусловлены только потерями на гистерезис.

Протокол:

Обработка результатов:

1-2) Определение индуктивностей катушек при различных токах в обмотке, амплитудного значения напряжённости, магнитной проницаемости и построение зависимостей L(I) для катушек, В_m(Н_m), μ(H_m):

Пример расчёта для образца 2000НМ при U_R = 150 мВ, R =51,4 Ом, f = 10 кГц, D = 7 мм, d = 4 мм, h = 2 мм, w = 40 витков:

U_L = = ≈ 187,35 мВ, I = U_R/R = 150/51,4 мА ≈ 2,92 мА, L = U_L/(2πf ‧ I) = 187,35/(2 ‧ 3,14 ‧ 10000 ‧ 2,92) ≈ 1,02 мГн,

μ = = = ≈ 2928,38

H_m = = ≈ 9,56 А/м; B_m = μμ₀H_m = 4π ‧ 10^-7 ‧ 2928,38 ‧ 9,56 ≈ 0,0352 Тл

Пример расчёта для образца 20000НМ при U_R = 400 мВ, R =51,4 Ом, f = 1 кГц, D = 10 мм, d = 6 мм, h = 3 мм, w = 40 витков:

U_L = = ≈ 3778,89 мВ, I = U_R/R = 400/51,4 мА ≈ 7,78 мА, L = U_L/(2πf ‧ I) = 3778,89/(2 ‧ 3,14 ‧ 1000 ‧ 7,78) ≈ 7,73 мГн,

μ = = = ≈ 16108,92

H_m = = ≈ 17,52 А/м; B_m = μμ₀H_m = 4π ‧ 10^-7 ‧ 16108,92 ‧ 17,52 ≈ 0,3546 Тл

3) Определение удельного сопротивления ферритов:

ρ =

Для образца 2000НМ при R = 2 Ом, S_R = 30 мм², h_R = 2 мм:

ρ = = 0,03 Ом ‧ м

Для образца 20000НМ при R = 7500 Ом, S_R = 30 мм², h_R = 2 мм:

ρ = = 112,5 Ом ‧ м

4-5) Вычисление значений индуктивностей катушек и магнитных проницаемостей ферритов при различных частотах, а также построение графиков зависимостей μ(lgf) для ферритов:

Пример расчёта для образца 20000НМ при U_R = 15 мВ, U_вх = 240 мВ, R =51,4 Ом, f = 10 кГц, D = 10 мм, d = 6 мм, h = 3 мм, w = 40 витков:

U_L = = ≈ 239,53 мВ, I = U_R/R = 15/51,4 мА ≈ 0,29 мА, L = U_L/(2πf ‧ I) = 239,53/(2 ‧ 3,14 ‧ 10000 ‧ 0,29) ≈ 13,07 мГн,

μ = = = ≈ 27229,04

Пример расчёта для образца 2000НМ при U_R = 15 мВ, U_вх = 140 мВ, R =51,4 Ом, f = 0,4 МГц, D = 7 мм, d = 4 мм, h = 2 мм, w = 40 витков:

U_L = = ≈ 139,19 мВ, I = U_R/R = 15/51,4 мА ≈ 0,29 мА, L = U_L/(2πf ‧ I) = 139,19/(2 ‧ 3,14 ‧ 400000 ‧ 0,29) ≈ 0,19 мГн,

μ = = = ≈ 543,92

Вывод:

1) Зависимости μ(H_m) для различных образцов ферритов идут на спад, поскольку происходит насыщение намагниченности (моменты доменов ориентируются вдоль внешнего поля B_m → const μ↓)

2) Магнитная проницаемость может снижаться с увеличением частоты за счёт появления значительных вихревых токов (можно снизить, если ↑ρ)