Основні методи вимірювання втрат на перемагнічування - Студопедія
Осцилографічний метод. Ідея осцилографічного методу полягає в наступному. На магнітний зразок (рис. 3.3) накладають обмотку, що намагнічуєwні обмотку для вимірювання індукціїwB. На вертикальні пластини електронного осцилографа (з електростатичним управлінням) подають напругу, пропорційну струму, що намагнічує, наприклад з резистораRш, включеного в ланцюг послідовно. При цьому миттєве значення напруги на вертикальних пластинах пропорційно миттєвому значенню поля, що намагнічує.
На горизонтальні пластини подають напругу з конденсатораС,включеного послідовно з обмоткоюwBта активним опоромr.При дотриманні умовr>> ;xCнапруга на горизонтальних пластинах
(3)
тобто. його миттєве значення пропорційно до миттєвого значення індукції у зразку.
В результаті складання відхилень по горизонталі та вертикалі електронний промінь описує криву, що зображує в деяких масштабах (вони можуть бути підраховані) динамічну петлю гістерези.
Осцилографічний метод має виняткову наочність і може бути використаний у широкому частотному діапазоні. Однак великим недоліком методу є мала точність. Похибки вимірюваньНіВдля цього методу близько 7-10%.
Ватметровий метод заснований на вимірюванні ватметром повної потужності, що витрачається в ланцюзі котушки з магнітним зразком. Схема виміру показано на рис. 3.4. Втрати на перемагнічування у зразку підраховують як різницю між показаннями ватметра і втратами у вимірювальних приладах і обмотці, що намагнічує.
Ватметровий метод у багатьох країнахстандартизований для випробування електротехнічних сталей.
Про значення індукції судять побічно, за показаннями вольтметра, за допомогою якого вимірюють значення напруги на обмотціWв:
деЕ- е.д.с., що врівноважує прикладена напруга;Кф- коефіцієнт форми кривої, рівний для синусоїди 1,11;f- частота;w –число витків обмоткиWв;S- площа перерізу зразка;Bmax- максимальне значення магнітної індукції.
Ватметровий метод дозволяє вимірювати втрати лише на низьких частотах, що пояснюється переважно труднощами створення точних високочастотних ватметрів.
Калориметричний метод заснований на вимірюванні теплоти, що виділяється зразком, що перемагнічується. Основна перевага методу перед ватметровим полягає у можливості вимірювань у складних режимах намагнічування та в широкому частотному діапазоні – від інфранізких частот до НВЧ.
Теплоту, що виділяється зразком, можна виміряти абсолютним чи диференціальним методом.
Абсолютним методом вимірюють температуру рідини, що заповнює калориметр із зразком. Для цієї мети застосовують термометри з межами виміру порядку 18-20°З ціною розподілу 0,01°С.
Межі вимірюваних таким методом потужностей становлять від кількох одиниць до кількох десятків ват. Відносна похибка вимірювання втрат у зразку дорівнює приблизно 1%.
Диференціальний метод, що має більшу чутливість, ніж абсолютний, реалізують за допомогою установки, яка складається з двох ідентичних калориметрів: в один поміщають випробуваний магнітний зразок, а в інший - замінник зразка з діелектрика з малими втратами. На зразку є обмотка, що намагнічує, а на заміннику зразка – обмотка з проводу з великим питомимопором, якою пропускають плавно регульований постійний струм відомого значення. У кожний калориметр батарею поміщають термопар, які включають назустріч один одному. Відсутність струму в цьому ланцюзі означає рівність потужностей тепловиділень магнітного зразка та його замінника. У цьому випадку втрати у зразку можна обчислити за формулою
деР –потужність постійного струму, що виділяється в калориметрі із замінником зразка.
Диференціальний метод дозволяє знизити межу вимірювання втрат до одиниць міліватів з похибкою близько 2,5% у широкому діапазоні частот (до 1 МГц). Для вимірювання індукції на кільцевий зразок крім намагнічує намотують вимірювальну обмотку, що підключається до вольтметра.
При випробуваннях найбільш зручні зразки кільцевої форми. Для кільцевого зразка із середнім діаметромDср, числом витків намагнічуючої обмоткиWні струмом у нійIнапруженість поля підраховують за формулою
(6)
Перевагою кільцевих зразків, крім простоти визначення напруженості поля, є високий рівень однорідності намагнічування. Однак кільцеві зразки не завжди можна виготовити, на них важко намотувати обмотки і вони не дозволяють створювати сильні поля, що намагнічують.
Методика виміру магнітних властивостей електротехнічної сталі.
У цій лабораторній роботі використовувалася методика вимірювання магнітних властивостей електротехнічної сталі, заснована на комбінації осцилографічного та ватметрового методів. Випробування проводилися шляхом вимірювання миттєвих значень напруги та струму котушки за період частоти мережі та подальшої обробки отриманих даних з використанням ЕОМ.
Дослідження магнітних властивостей електротехнічної сталі на змінному струмі частотою 50 Гцпроводиться на двох зразках, фотографії яких показано на рис. 3.5 та 3.6. Перший зразок має кільцевий магнітопровід зі сталі марки 2412, другим зразком є магнітопровід статора асинхронного двигуна зі сталі марки 1521. На обох зразках намотані дві тороїдальні обмотки -Wн, що намагнічує, і вимірювальнаWв. Параметри зразків наведено у таблиці 1.
Таблиця 1.
| Параметр та одиниця виміру | Зразок 1 | Зразок 2 |
| Число витків намагнічуючої котушкиWн, віт | ||
| Число витків вимірювальної котушкиWв, віт | ||
| Зовнішній діаметрD, м | 0,140 | 0,1355 |
| Внутрішній діаметрd, м | 0,092 | 0,112 |
| Висотаh, м | 0,023 | 0,05 |
| Коефіцієнт заповненняkз | 0,90 | 0,91 |
| Площа перерізу магнітопроводуSст, м 2 | 0,00056 | 0,000469 |
| Середня довжина магнітної силової лініїlср, м | 0,364 | 0,389 |
| Щільність матеріалу, кг/м 3 | ||
| Опір обмотки, що намагнічує, Ом | 0,117 | 0,384 |
Електрична схема установки представлена на рис. 3.7. Живлення намагнічуючої котушкиWнздійснюється від мережі 220 В, 50 Гц через регулюючий автотрансформаторТ1і понижувальний трансформаторТ2(220 В - 17/34 В). Миттєві значення напруги на основній котушціWнта ЕРС на вимірювальній котушціWвзнімаються з дільників напругиR1–R2таR4-R5. Сигнал, пропорційний струму котушки, знімається з шунтуR3.Вимірювані сигнали підключені до вимірювально-обчислювального комплексу (ІВК).
До складу комп'ютерної частини системи вимірювання входять персональний комп'ютер та вимірювальна плата PCL-818L з комутатором входів та аналого-цифровим перетворювачем (АЦП).
Аналого-цифровий перетворювач PCL-818L має 16 вхідних аналогових каналів, роздільна здатність 12 розрядів, швидкість опитування каналів 40 кГц, вхідна напруга з програмним перемиканням 10, 5, 2.5, 1.25, 0.625, вхідний опір 10 МО.
Програмне забезпечення забезпечує керування вимірювальною платою (перемикання комутатора входів, опитування АЦП, передачу виміряного значення в оперативну пам'ять), обробку результатів вимірювання, виведення отриманих даних на дисплей та їх запис на жорсткому диску для подальшої обробки. Програма написана мовою Borland Pascal для роботи серед MS DOS.
Основний цикл роботи програми складається з наступних етапів:
1. вимірювання даних по трьох каналахu(t),i(t) таe(t) за один період частоти напруги живлення і накопичення їх в пам'яті ЕОМ;
2. обчислення інтегральних параметрів (діючих значень струмуIта напругиU, повноїSта активноїPпотужностей, втрат на перемагнічуванняРгісті т.д.);
3. виведення інтегральних параметрів на дисплей як лінійних індикаторів;
4. запис даних на жорсткий диск;
5. Повернення до пункту 1.
Повна активна потужність втратРвипробовуваного зразка включає втрати на гістерезис в магнітопроводіPгисті втрати в міді намагнічує обмоткиРм.
Повна активна потужністьPобчислюється як середнє значення миттєвої потужності за період частоти мережіTза допомогою чисельногоінтегрування виміряних величин:
(8)
деp=u·i– миттєва потужність,u(t) таi(t) – миттєві значення напруги та струму,ukтаik– виміряні величини,N– число виміряних точок за періодT.
Втрати в міді обмотки, що намагнічуєPмвизначаються як:
деr- активний опір котушки.
Гістерезисні втрати на перемагнічування магнітопроводуPгістобчислюються як:
(10)
деV- обсяг магнітопроводу,f- частота мережі,wг- енергія втрат на перемагнічування сталі за один період частоти мережі, чисельно рівні площі петлі гістерезису за формулою ( 1):
Приймалося, весь магнітний потік зосереджений в магнитопроводе і рівномірно розподілений по перерізу. У цьому випадку миттєві значення напруженості та індукції магнітного поля для подальшого інтегрування обчислюються за такими співвідношеннями:
(12)
Тутikіek- миттєві значення струму котушки, що намагнічує, і ЕРС вимірювальної котушки.
Крім вищеназваних величин обчислюються діючі значення напругиUі струмуI, повна потужністьSі коефіцієнт потужностіCosFi:
Чи не знайшли те, що шукали? Скористайтеся пошуком:
Вимкніть adBlock! і оновіть сторінку (F5)дуже потрібно