Определение основной кривой намагничивания
Классический метод определения основной кривой намагничивания ферромагнетика базируется на создании постоянного магнитного поля в образце пропусканием через намагничивающую обмотку постоянного тока и измерении величины магнитной индукции баллистическим гальванометром.
Более современным является метод измерения на переменном токе, поскольку он дает больше информации и лучше поддается автоматизации, хотя таит в себе некоторые сложности. В данном практикуме при-меняется функциональный модуль КНФ-16.
 Рис. 8.1.Трехобмоточный трансформатор |
Этот модуль предназначен для исследования зависимости коэффициента трансформации трансформатора с ферромагнитным сердечником от наличия в последнем постоянной составляющей магнитной индукции. Основу модуля составляет трехобмоточный трансформатор Т1 (см. схему). Его первичная обмотка подключается к источнику гармонического сигнала (функциональному генератору) ФГ, а вторичная обмотка соединяется с входом «У» осциллографа ЭО. Третья обмотка служит для создания в сердечнике постоянного магнитного потока. Ток через нее создается выпрямителем «2…5 В» лабораторного источника питания ИП, а избыток энергии гасится включенными последовательно с обмоткой переменным резистором R1 и лампой накаливания Л1. Резистор R1 служит одновременно для регулирования тока третьей обмотки. Модуль размещен в стандартном пластмассовом корпусе. На его задней стенке имеется разъем для соединения с источником питания ИП. На передней панели размещены гнезда для подключения кабелей от функционального генератора ФГ и электронного осциллографа ЭО, а также индикатор тока третьей обмотки и ручка переменного резистора R1.
Проведение эксперимента
 Рис. 8.2 |
 Общий вид установки |
Схема измерительной установки приведена на рис. 2. Наименования элементов расшифрованы выше. Начальные установки приборов приведены в таблице.
1. Снимается зависимость напряжения на вторичной обмотке от тока в обмотке подмагничивания на частоте 1кГц. Ток увеличивают до величины, при которой контролируемое напряжение уменьшится в 10 раз.
2. Опыт повторяется на частоте 10 кГц, а затем частота увеличивается до 100 кГц.
Результаты измерений заносятся в таблицу и по ним строятся соответствующие графики.
Обработка результатов эксперимента
Вывод рабочих формул
В рассматриваемом режиме в сердечнике трансформатора магнитный поток Ф создается двумя токами: постоянным током обмотки подмагничивания 
и переменным током 
, протекающим по первичной обмотке.
Взаимосвязь параметров измерительного трансформатора поясняется на совмещенном графике.
(1)
Закон Ома для магнитных цепей устанавливает связь между магнитодвижущей силой (МДС), магнитным сопротивлением цепи 
и создаваемым магнитным потоком:
(2)
Здесь N – число витков в соответствующих обмотках, S – площадь сечения магнитопровода, l – средняя длина силовой линии в нем, 
- динамическая магнитная проницаемость сердечника в рабочей точке кривой намагничивания, т.е. 
.
В данном опыте трансформатор работает в режиме холостого хода, поскольку входное сопротивление осциллографа, нагружающего вторичную обмотку весьма велико и может не учитываться. В этом случае ток первичной обмотки можно выразить через напряжение на ней, используя второй закон Кирхгофа:
 Рис. 8.3 |
(3)
На применяемых в опыте частотах генератора индуктивное сопротивление обмотки преобладает над активным, и первым слагаемым в (3) можно пренебречь.
Для тороидальных сердечников индуктивность обмотки равна: 
, причем в этом выражении магнитная проницаемость определяется как отношение индукции В к смещению Н, и производная от тока
(4)
Напряжение вторичной обмотки 
по закону электромагнитной индукции и с учетом (2) равно
(5)
Подстановка результата (4) в (5) дает окончательно
 Рис. 8.4 |
(6)
Индексы у величины введены, чтобы отличить текущую проницаемость 
от динамической проницаемости 
. Из полученной формулы видно, что при работе на линейном участке основной кривой намагничивания сердечника отношение напряжений равно отношению чисел витков (идеальный трансформатор). При смещении к области насыщения коэффициент трансформации может служить характеристикой динамической магнитной проницаемости с точностью до величины . На графике приведена снятая опытным путем по изменению коэффициента трансформации зависимость динамической магнитной проницаемости В от постоянной составляющей магнитного смещения Н (1). Графическое интегрирование дает зависимость В от Н с той лишь оговоркой, что начальное значение В является постоянной интегрирования и должно определяться по специальной методике или его следует взять из паспортных данных.
Работа № 9