Vliv frekvence magnetujícího pole na vlastnosti magnetik

Vliv frekvence magnetujícího pole na vlastnosti magnetik

Zadání úlohy:

Porovnejte vliv frekvence magnetujícího pole na vlastnosti tří typů magneticky měkkých materiálů: polykrystalického feromagnetika, polykrystalického ferimagnetika a kompozitu tvořeného feromagnetickým prachem a pojivem.

Změřte závislost indukčnosti L a činitele kvality Q daných vzorků na měřící frekvenci.

Získané údaje zpracujte ve formě grafů: , .

Určete frekvenci f_o, při které klesne permeabilita na 2/3 hodnoty změřené při frekvenci 20Hz.

Úvod do problematiky:

Chování feromagnetik a ferimagnetik ve vnějsím magnetickém poli vystihují hysterézní smyčka a křivka prvotní magnetizace, které jsou v technice kresleny v souřadnicích B - H, kde magnetická indukce B je uváděna v T a intenzita magnetického pole H v A/m. Toto nelineární chování je dáno magnetizací materiálů s doménovou strukturou . Jejich tvar závisí na mnoha činitelích: slození a struktura jsou primární, dále jejich tvar závisí na teplotě, mechanickém pnutí atd. V aplikacích je důlezitá závislost na frekvenci a intenzitě budícího magnetického pole. S rostoucí frekvencí se tvar hysterézní smyčky mění, smyčka se stává plossí a indukce dosahuje mensích hodnot pro stejné pole, dále pak se zmensuje plocha smyčky. S tím souvisí jak velikost permeability μ, tak i ztráty při střídavé přemagnetizaci a tudíz i velikost činitele jakosti Q. Velikost pole v pracovním bodě H_M, B_M určuje stupeň magnetování látky a souřadnice vrcholů tak zvaných vnitřních hysterézních smyček se pohybuje po křivce prvotní magnetizace. Pro návrh magnetického obvodu jsou důlezité permeability počáteční a maximální z této křivky zjistěné. Relativní permeabilitu v pracovním bodě definujeme jako:  μ_rM= , kde μ₀=4π.10^-7 H/m je permeabilita vakua, B_M je magnetická indukce v T, H_M je intenzita magnetického pole v A/m pracovního bodu, B_M a H_M jsou dané tabulkou.

Měřením se určují ztráty a změna relativní permeability u vzorků z vybraných magneticky měkkých materiálů v závislosti na frekvenci pole. Pro měřené vzorky ve tvaru toroidů platí, ze jejich indukčnost L je přímo úměrná permeabilitě jader m

L m a z poměrů indukčností můzeme stanovit poměr permeabilit. L_f je indukčnost změřená při frekvenci f, L₂₀ je indukčnost změřená při frekvenci 20Hz. Ztráty vzorků jsou posuzovány podle jejich činitele kvality Q:

, ,

ω je úhlový kmitočet, f je frekvence v Hz, L je ideální indukčnost a R ideální odpor seriové kombinace R + L, která nahrazuje měřenou reálnou indukčnost toroidu. Činitel kvality Q je převrácenou hodnotou ztrátového činitele prvku Q = 1/tand, kde tanδ je ztrátový činitel. Velikost odporu R je dána ohmickým odporem vinutí R_Ω a ekvivalentními odpory, odpovídajícími dalsím typům ztrát spojenými s magnetováním látky (vířivé proudy - R_e, hysterézní ztráty - R_h, ztráty dodatkové - R_r).

Ztrátový odpor je pak : R= R_Ω + R_e + R_h + R_r

Velikosti ekvivalentních odporů a jejich vzájemné poměry se lisí pro různé typy zkousených materiálů a závisí na intenzitě a frekvenci budícího magnetického pole. Zjednoduseně můzeme říci ze R_e, který odpovídá ztrátám vyvolaným vířivými proudy je určen rezistivitou magnetika, R_h plochou hysterézní smyčky a R_r mikrostrukturou magnetika. Pro praxi je nutno určit Q experimentálně a je důlezité si uvědomit, ze jeho velikost platí pouze pro měřený vzorek a pro danou frekvenci a intenzitu pole. V tabulce jsou shrnuty nejdůlezitějsí vlastnosti testovaných magnetik. Z hodnot velikosti pole v pracovním bodě H_M, koercivity H_C, remanentní indukce B_R a pracovní indukce B_M je mozno spočítat měrnou hysterézní ztrátovou práci A_h . Plocha hysterézní smyčky je úměrná energii spojené s magnetováním a měrná hysterézní ztrátová práce A_h je energii ztracenou v 1 m³ při jednom oběhu hysterézní smyčky. Je číselně rovna plose hysterézní smyčky změřené v souřadnicích Tesla versus A/m. Pro určení plochy nahraďte hysterézní smyčku vhodným mnohoúhelníkem.

Postup při měření

1. Připojte měřící přípravek k můstku LCR 819. Zapněte síťový vypínač "power".
2. Proveďte nulování při obvodu nakrátko a naprázdno. Viz Návod k obsluze.
3. Na přístroji nastavte nejnizsí měřící frekvenci 20Hz. Pro tuto frekvenci odečtěte velikosti Q a L pro vsechny vzorky. Měření postupně opakujte pro ostatní frekvence dané tabulkou v Protokolu a to v rozsahu 20Hz az 100kHz. Naměřené hodnoty do tabulky zapiste. Poloha přepínače odpovídá číslu vstupních svorek přípravku a číslu vzorku. Nastavení měřící frekvence je popsáno v Návodu k obsluze.