5.5. Випробування феромагнітних матеріалів

Феромагнітні матеріали використовуються у багатьох електротехнічних пристроях таких, як осердя котушок в реле, трансформаторах, електромеханічних вимірювальних приладах та ін., а також у вигляді постійних магнітів. Для правильного використання феромагнітних матеріалів необхідні знання про їх магнітні властивості. Для визначення властивостей проводять випробування феромагнітних матеріалів, тобто зняття (одержання) їх характеристик.

Характеристики феромагнітних матеріалів поділяють на статичні та динамічні. Статичні характеристики одержують в постійних полях або в полях, які змінюються повільно. До них відносяться початкова крива намагнічування, основна крива намагнічування та гранична петля гістерезису.

Динамічними називають характеристики магнітних матеріалів, одержані у змінних полях. Ці характеристики залежать не тільки від властивостей матеріалу, але й від цілого ряду факторів таких, як форма та розміри зразка, товщина листа, форма кривої залежності напруженості поля від часу та ін. Зважаючи на це вони лише умовно можуть бути названі характеристиками. Динамічними характеристиками матеріалу є гранична динамічна петля перемагнічування, основна динамічна крива намагнічування, втрати енергії в матеріалі і інші, які можуть бути визначені за петлею та основною кривою (наприклад, такі, як різні види проникності).

Для випробувань виготовляють зразки матеріалу. Найбільш прийнятними є кільцеві зразки, в яких можна одержати майже однорідне поле. Вони забезпечують мінімальні потоки розсіювання та дозволяють з високою точністю розрахувати напруженість магнітного поля в них.

5.5.1. Визначення статичних магнітних характеристик

Схема установки приведена на рис.5.9. На кільцевий зразок намотані дві обмотки: W₁ – намагнічувальна; W₂ – вимірювальна, в коло якої увімкнуті балістичний гальванометр БГ та котушка взаємної індуктивності М.

Рисунок 5.9

Перед випробуванням матеріалу визначають за допомогою котушки взаємної індуктивності М постійну за потокозчепленням балістичного гальванометра.

Для цього при розімкненому SA4 та ключі SA3 в положенні 2 через первинну обмотку котушки М встановлюють припустимий для котушки струм. Потім замикають SA4 і вмикають струм у первинній котушці, фіксуючи перший максимальний “відкид” гальванометра. У вторинному колі котушки М відбувається зміна потокозчеплення на величину _м = IM; пропорційним йому виходить перший максимальний “відкид”: _м = C__m1. Звідси визначають постійну гальванометра за потокозчепленням.

Потім необхідно розмагнітити зразок. Перемикач SA3 повинен при цьому знаходитись в положенні 1, вимикач SA4 при виконанні всіх підготовчих о перацій повинен знаходитись у вимкненому стані, SA2 – в замкнутому положенні. Реостатом R₁ встановлюють струм, який відповідає глибокому насиченню матеріалу. Потім, постійно перемикаючи SA1 з одного положення в інше (змінюючи тим самим напрям струму в обмотці W₁), зменшують реостатом R₁, а якщо потрібно – і R₂ (при розімкненому SA2), струм в обмотці W₁ до нуля. Після цього можна приступати до випробувань матеріалу.

Рисунок 5.10

Для знімання якої-небудь точки основної кривої намагнічування перш за все необхідно здійснити магнітну підготовку, яка полягає в циклічному (10–20 разів) перемагнічуванні зразка при встановленому струмі, наприклад, струмі I₁, якому відповідає напруженість H_m1 (рис.5.10). При зніманні основної кривої намагнічування (у тому числі й при магнітній підготовці) перемикач SA2 повинен бути замкнений.

Струм в намагнічувальній обмотці встановлюється реостатом R₁ за амперметром A. Після закінчення магнітної підготовки ключ SA1 замикають в будь-якому положенні – 1 чи 2, замикають SA4 та вимикають (або перемикають) струм в обмотці W₁. За “відкидом” гальванометра визначають потокозчеплення ₁ у зразку, а за ним – індукцію B_m1 = ₁/W₂S₀, де S₀ – переріз зразка. Напруженість розраховують за формулою: H_m1 = I₁W₁/l_ср, де l_ср – довжина середньої магнітної лінії в зразку.

Аналогічно знімається точка з координатами B_m2–H_m2 при струмі I₂ в обмотці W₁. Потім, проводячи лінію через одержані точки, одержують основну криву намагнічування як геометричне місце вершин частинних петель перемагнічування.

Д ля знімання точок, які лежать на граничній петлі перемагні­чування при замкненому SA2 (SA3 – в положенні 1) реостатом за амперметром A встановлюють струм I_m, який відповідає вершині граничної петлі гістерезису з координатами H_m, B_m (рис.5.11). Потім розмикають ключ SA2 та реостатом R₂ за амперметром A встановлюють струм, дещо менший за I_m. Знову замикають ключ SA2 – у колі буде струм I_m. При цьому струмі проводять магнітну підготовку, одержуючи в кінці її стабільну граничну петлю гістерезису; стан матеріалу зразка визначається при цьому точкою m. Потім, підключивши БГ ключем SA4, розмикають ключ SA2.

Рисунок 5.11 Напруженість у зразкові зменшується від значення H_m до H₁, індукція – від B_m до B₁, потік змінюється на величину Ф₁=(B_m–B₁)S₀. За “відкидом” БГ визначають Ф₁, а потім, знаючи B_m, обчислюють B₁.

Для одержання значення залишкової індукції B_r після магнітної підготовки вимикають намагнічувальний струм I_m. При цьому індукція зменшується від B_m до B_r.

Для одержання точок на спадній ділянці петлі перемагнічування, які знаходяться в другому та третьому квадрантах (наприклад, точок 2 та 3), виконують все так саме, що і в попередньому випадку, за винятком того, що після розмикання ключа SA2 відразу перемикають ключ SA1. При розмиканні ключа SA2 напруженість зменшується (при зніманні точки 2) від значення H_m до H₁, а при перемиканні ключа SA1 – від H₁ до мінус H₁. У цілому напруженість змінюється від H_m до мінус H₁, а індукція – від B_m до B₂. Висхідну частину петлі гістерезису будують симетрично відносно початку координат спадної вітки.

Для визначення статичних характеристик магнітних матеріалів промисловістю випускається ряд спеціальних вимірювальних установок, таких як У5045, У506, У032.