Процесот на магнетизација на магнетните материјали во наизменично поле е поврзан со губење на дел од моќта на магнетното поле . Оваа моќност, апсорбирана од единица маса на магнетен материјал и дисипирана во форма на топлина, се нарекува специфични магнетни загуби P, кои, пак, се збир на загуби поради хистереза ​​и динамички загуби. Динамичките загуби се предизвикани првенствено од вртложни струи и делумно од магнетни последици (магнетна вискозност).

Губење на хистерезаповрзани со феноменот на магнетна хистереза ​​и неповратно движење на границите на доменот. Загубите на хистерезис се создаваат за време на процесот на поместување на ѕидовите на доменот во почетната фаза на магнетизација. Поради хетерогеноста на структурата на магнетниот материјал, магнетната енергија се троши за поместување на ѕидовите на доменот. За секој материјал, тие се пропорционални со областа на јамката на хистерезис и фреквенцијата на наизменичното магнетно поле. Моќта на загуби P g, W/kg, потрошена при хистереза ​​по единица маса на материјал, се одредува со формулата

каде η е коефициент во зависност од природата на материјалот;

B m – максимална магнетна индукција во текот на циклусот;

n – експонент кој има вредност во зависност од B која се движи од 1,6 до 2;

f – фреквенција.

За да се намалат загубите од хистерезис, се користат магнетни материјали со најмала можна принудна сила.

Загуби со вртложни струисе предизвикани од електрични струи кои предизвикуваат магнетен тек во материјалот. Овие материјали зависат од електричниот отпор на магнетниот материјал и обликот на јадрото. Колку е поголема електричната отпорност на магнетниот материјал, толку се помали загубите на вртложни струи.

каде ξ е коефициент во зависност од природата на магнетниот материјал, како и неговата форма.

За борба против вртложни струи, зголемете електричен отпорјадро (магнетни јадра). Со зголемување на фреквенцијата, загубите на вртложните струи се зголемуваат побрзо од загубите на хистерезис, и со одредена фреквенција тие ќе почнат да доминираат над загубите предизвикани од хистерезата.

Загубите предизвикани од магнетниот последователен ефект (магнетна вискозност) се својство на магнетните материјали да покажуваат зависност од доцнењето на промената на индукцијата што се јавува под влијание на променливото магнетно поле од времетраењето на изложеноста на ова поле. Овие загуби првенствено се должат на инерцијата на процесите на враќање на магнетизацијата на доменот. Како што се намалува времетраењето на примената на магнетното поле, се зголемуваат доцнењата и, следствено, магнетните загуби предизвикани од магнетниот последователен ефект, па тие мора да се земат предвид при користење на магнетни материјали во пулсен режим на работа.

Загубата на моќност P MF предизвикана од магнетната последица е дефинирана како разлика помеѓу специфичните магнетни загуби P и збирот на загубите поради хистерезата P Г и вртложните струи P VT:

Кога се случува пресврт на магнетизацијата во наизменично поле, постои фазно заостанување во магнетната индукција од јачината на магнетното поле. Ова се случува како резултат на дејството на вртложни струи, кои, во согласност со законот на Ленц, спречуваат промени во магнетната индукција, како и поради феномени на хистереза ​​и магнетни последици. Аголот на доцнење се нарекува агол на магнетна загуба и е означен δ M. За да се карактеризираат динамичките својства на магнетните материјали, се користи тангентата на магнетната загуба tgδ M. На сликата е прикажано сериско еквивалентно коло и векторски дијаграм на тороидален индуктор со јадро направено од магнетен материјал. Активниот отпор r 1 е еквивалентен на сите видови магнетни загуби, загуби во ликвидацијата и електричната изолација.

Ако го занемариме отпорот на намотувањето на серпентина и неговата сопствена капацитивност, тогаш од векторскиот дијаграм добиваме

каде ω – аголна фреквенција;

L – индуктивност на серпентина;

Q е факторот на квалитет на серпентина со магнетниот материјал што се тестира.

Равенката покажува дека тангентата на магнетната загуба е реципрочна на факторот на квалитет на серпентина.

ГОСТ 12119.4-98

Група Б39

МЕЃУДРЖАВЕН СТАНДАРД

Електричен челик

МЕТОДИ ЗА ОПРЕДЕЛУВАЊЕ НА МАГНЕТНИ И ЕЛЕКТРИЧНИ СВОЈСТВА

Метод за мерење на специфични магнетни загуби и ефективна вредност
јачина на магнетно поле

Електричен челик.
Методи на испитување за магнетни и електрични својства.
Метод за мерење на специфични магнетни загуби
и вистинската вредност на интензитетот на магнетното поле

77.040.20 ден
ОКСТУ 0909

Датум на воведување 1999-07-01

Предговор

1 РАЗВИЕН од Руската Федерација, Меѓудржавен технички комитет за стандардизација МТК 120 „Метални производи од црни метали и легури“

ВОВЕДЕНО од Gosstandart од Русија

2 УСВОЕНО од Меѓудржавниот совет за стандардизација, метрологија и сертификација (Протокол бр. 13 од 28 мај 1998 г.)

За усвојување гласаа:

Име на државата

Име на националното тело за стандардизација

Република Азербејџан

Азгостандарт

Република Ерменија

Армгостандард

Република Белорусија

Државен стандард на Белорусија

Република Киргистан

Киргистански стандард

Руска Федерација

Госстандарт на Русија

Република Таџикистан

Стандард на Таџикистан

Туркменистан

Главниот државен инспекторат на Туркменистан

Република Узбекистан

Узгостандарт

Украина

Државен стандард на Украина

3 Резолуција на Државниот комитет Руска Федерацијаза стандардизација и метрологија од 8 декември 1998 година N 437 меѓудржавен стандард ГОСТ 12119.4-98 беше ставен во сила директно како државен стандардРуската Федерација од 1 јули 1999 година

4 НАМЕСТО ГОСТ 12119-80 во однос на делот 4

5 ПОВТОРНО ИЗДАВАЊЕ

1 област на употреба

1 област на употреба

Овој стандард воспоставува метод за одредување на специфични магнетни загуби од 0,3 до 50,0 W/kg и ефективна вредност на јачината на магнетното поле од 100 до 2500 A/m при фреквенции на обратна магнетизација од 50-400 Hz со помош на ватиметар и амперметар.

Можно е да се одредат вредностите на магнетните количини при фреквенции на вртење на магнетизација до 10 kHz на примероци од прстен и на примероци од ленти.

2 Нормативни референци

Овој стандард користи референци за следните стандарди:

ГОСТ 8.377-80 Државен систем за обезбедување униформност на мерењата. Материјалите се меки магнетни. Методи за вршење на мерења при определување на статички магнетни карактеристики

ГОСТ 8476-93 Аналогни означувачки електрични мерни инструменти со директно дејство и помошни делови за нив. Дел 3. Посебни барања за ватиметри и варметри

ГОСТ 8711-93 Аналогни што укажуваат на електрични мерни уреди со директно дејство и помошни делови за нив. Дел 2. Посебни барања за амперметри и волтметри

ГОСТ 12119.0-98 Електричен челик. Методи за одредување на магнетни и електрични својства. Општи барања

ГОСТ 13109-97 Електрична енергија. Електромагнетна компатибилност на техничката опрема. Стандарди за квалитет на електрична енергија во општа намена системи за напојување

ГОСТ 21427.1-83 Ладно валан анизотропен електричен челик со тенок лим. Спецификации

ГОСТ 21427.2-83 Ладно валан изотропен електричен челик со тенок лим. Спецификации

3 Општи барања

Општи барањаза методи на тестирање - според ГОСТ 12119.0.

Условите што се користат во овој стандард се во согласност со ГОСТ 12119.0.

4 Подготовка на примероци за испитување

4.1 Испитните примероци мора да бидат изолирани.

4.2 Примероците во облик на прстен се собираат од печатени прстени со дебелина од 0,1 до 1,0 mm или намотани од лента со дебелина не поголема од 0,35 mm и се ставаат во касети направени од изолационен материјал со дебелина не поголема од 3 mm или неферомагнетен метал со дебелина не повеќе од 0,3 mm. Металната касета мора да има празнина.

Односот на надворешниот дијаметар на примерокот со внатрешниот дијаметар треба да биде не повеќе од 1,3; квадрат пресекпримерок - најмалку 0,1 см.

4.3 Примероците за апаратот Епштајн се направени од ленти со дебелина од 0,1 до 1,0 mm, должина од 280 до 500 mm и ширина од (30,0 ± 0,2) mm. Лентите за примероци не треба да се разликуваат една од друга по должина за повеќе од ± 0,2%. Површината на пресекот на примерокот треба да биде од 0,5 до 1,5 см. Бројот на ленти во примерокот треба да биде повеќекратен од четири, минималниот број на ленти е дванаесет.

Анизотропните примероци од челик се сечат долж насоката на тркалање. Аголот помеѓу насоките на тркалање и сечење ленти не треба да надминува 1 ° .

За примероци од изотропен челик, половина од лентите се сечат по насоката на тркалање, а другата - преку. Аголот помеѓу насоките на тркалање и сечење не треба да надминува 5°. Лентите се групирани во четири пакувања: две - од ленти исечени по насоката на тркалање, две - преку. Пакетите со идентично исечени ленти се поставени во паралелни намотки на уредот.

Дозволено е да се сечат ленти под ист агол на насоката на тркалање. Насоката на тркалање за сите ленти поставени во една калем мора да биде иста.

4.4 Примероците од листови се направени од 400 до 750 mm во должина. Должината на листот не смее да биде помала од надворешната должина на јаремот: ширината на листот мора да биде најмалку 60% од ширината на електромагнетниот прозорец. Толеранцијата за должина не треба да надминува ± 0,5%, за ширина - ± 2 mm.

Површината и обликот на листовите мора да бидат во согласност со ГОСТ 21427.1 и ГОСТ 21427.2.

5 Употребена опрема

5.1 Инсталација. Дијаграмот за инсталација е прикажан на слика 1.

Слика 1 - Шема за мерења со помош на методот на ватиметар

5.1.1 Волтметри PV1 -за мерење на просечната исправена вредност на напонот и последователно определување на амплитудата на магнетната индукција и РV2- за да се измери ефективната вредност на напонот и последователно да се одреди коефициентот на обликот на неговата крива, тие мора да имаат мерна граница од 30 mV до 100 V, максимална влезна струја не поголема од 5 mA, класа на точност не помала од 0,5 според до ГОСТ 8711.

Дозволено е да се користи делител на напон до волтметар PV1да се добијат отчитувања нумерички еднакви на амплитудите на магнетната индукција.

5.1.2 Ватметар PWза мерење на активната моќност и последователно определување на специфични магнетни загуби, мора да има мерна граница од 0,75 до 30 W, номинален фактор на моќност не повеќе од 0,1 на фреквенција од 50 Hz и 0,2 на повисока фреквенција; класата на точност не е пониска од 0,5 при фреквенција на обратна магнетизација од 50 до 400 Hz или не помала од 2,5 на фреквенција поголема од 400 Hz според ГОСТ 8476.

Дозволено е да се користи делител на напон до ватиметар за да се добијат отчитувања кои се нумерички еднакви на вредностите на специфичните магнетни загуби. Излезот на делителот на напон мора да биде поврзан со паралелното коло на ватиметарот, влезот - со намотување II од примерокот Т2.

5.1.3 Амперметар РАза мерење на ефективната вредност на струјата за магнетизирање и последователно определување на ефективната вредност на јачината на магнетното поле, таа мора да има мерна граница од 0,1 до 5,0 А, класа на точност од најмалку 0,5 според ГОСТ 8711. Дозволено е да се зголеми најмалата граница на мерење на 1,0 А кога се следи оптоварувањето на струјното коло на ватиметар. Максималната моќност што ја троши амперметарот при мерење со примероци направени од листови широки повеќе од 250 mm треба да биде не повеќе од 1,0 VA; за други примероци - не повеќе од 0,2 VA.

5.1.4 Мерач на фреквенција РФза мерење на фреквенцијата со грешка во рамките на ±0,2%.

5.1.5. Не-синусоидалниот коефициент на напон на оптоварениот напојување не треба да надминува 5% според ГОСТ 13109. Номиналната моќност на изворот при фреквенција на обратна магнетизација од 50 Hz мора да биде најмалку 0,45 kVA на 1,0 kg маса на примерокот и најмалку 0,3 kVA за вредностите наведени во Табела 1.

Табела 1

Фреквенција на превртување на магнетизација, kHz

Тежина на примерокот, кг

Од 0,05 до 1,0 вкл.

Од 0,5 до 1,1 вкл.

St. 1.0 "10.0"

Од 0,03" 0,30"


Можно е да се користи повратен засилувач за да се добие брановата форма магнетен текпримерок блиску до синусоидален. Не-синусоидалниот коефициент на обликот на кривата EMF во намотката не треба да надминува 3%; потрошувачка на енергија на колото повратни информациинапон, не треба да надминува 5% од измерените магнетни загуби.

5.1.6 Волтметри PV1И PV2,ватиметарско напонско коло PWа повратните информации од засилувачот треба да трошат енергија не повеќе од 25% од измерената вредност.

5.1.7 Калем Т1за да се компензира магнетниот флукс надвор од примерокот, бројот на вртења на ликвидацијата I не треба да надминува педесет, отпорот не треба да надминува 0,05 оми, а отпорноста на намотувањето II не треба да надминува 3 оми. Намотките се поставуваат на цилиндрична рамка изработена од немагнетно изолационен материјал со должина од 25 до 35 mm, дијаметар од 40 до 60 mm. Оската на серпентина мора да биде нормална на рамнината на линиите на полето на примерокот кога се прицврстува на апаратот Епштајн. Релативна разлика во меѓусебните коефициенти на индуктивност на серпентина Т1а апаратот Епштајн без примерок не треба да надминува ±5%.

Дозволено е да се исклучи серпентина од колото (види Слика 1) Т1со магнетен тек надвор од примерокот кој не надминува 0,2% од измерената вредност.

5.1.8 Магнетизирање I и мерење на намотки II на примерокот на прстенот Т2мора да се усогласат со барањата на ГОСТ 8.377.

5.1.9 Епштајн апарат кој се користи за тестирање на примероци составени од ленти, Т2мора да има четири намотки на рамки од немагнетно изолационен материјал со следните димензии:

ширина на внатрешниот прозорец - (32,0±0,5) mm;

висина - од 10 до 15 мм;

дебелина на ѕидот на рамката - од 1,5 до 2,0 mm;

должината на делот за серпентина со ликвидација е најмалку 190 mm;

должина на серпентина - (220±1) mm.

Бројот на вртења во намотките на уредот е избран во согласност со Табела 2.

табела 2

Фреквенција на превртување на магнетизација, Hz

Број на вртења во ликвидацијата

Јас - магнетизирање

II - мерење

Од 50 до 60 вкл.

ул. 60 „400“

" 400 " 2000 "

Забелешка - Намотките се намотани рамномерно по должината на рамките на серпентина. Бројот на слоеви на секое намотување на рамките мора да биде непарен.

5.1.10 Апарат за листови што се користи за тестирање на примероци Т2, мора да има соленоид и две јареми. Дизајнот на јаремите треба да обезбеди паралелизам на контактните површини и механичка цврстина, елиминирајќи го влијанието врз магнетните својства на примерокот. Ширината на столбовите на јаремите направени од електричен челик мора да биде најмалку 25 mm, оние од прецизни легури - 20 mm. Магнетните загуби во јаремот не треба да надминуваат 5% од измерените; релативната разлика во амплитудите на магнетниот тек во јаремите не треба да надминува ± 15%.

Дозволено е да се користат уреди со отворени јареми за мерење на релативната промена во специфичните магнетни загуби, на пример, при проценка на преостанатиот напон според ГОСТ 21427.1.

Соленоидот мора да има рамка од немагнетно изолационен материјал, на која прво се поставува мерната намотка II, а потоа со една или повеќе жици се поставува магнетизирачката намотка I. Секоја жица е рамномерно поставена во еден слој.

Релативната максимална разлика во амплитудите на магнетната индукција во делот за примерок во соленоидот не треба да надминува ± 5%.

6 Подготовка за мерења

6.1 Примероците направени од ленти, листови или облици на прстени се поврзани како што е прикажано на слика 1.

6.2 Во апаратурата се ставаат примероци од ленти или листови. Примероците од лентите се ставаат во апарат Епштајн како што е наведено на Слика 2.

Слика 2 - Распоред на ленти за примероци

Дозволено е да се поправи положбата на лентите и листовите во уредите, создавајќи притисок од не повеќе од 1 kPa нормално на површината на примерокот надвор од магнетизираните калеми.

6.3 Пресметајте ја површината на напречниот пресек, m, на примероците:

6.3.1 Површина на пресек, m, за примероци во облик на прстен направени од материјал со дебелина од најмалку 0,2 mm се пресметува со формулата

Каде - тежина на примерокот, kg;

- надворешни и внатрешни дијаметри на прстенот, m;

- густина на материјалот, kg/m.

Густината на материјалот, kg/m, е избрана според Додаток 1 од ГОСТ 21427.2 или се пресметува со формулата

каде и - масивни фракции на силициум и алуминиум, %.

6.3.2 Површина на попречен пресек, m, за примероци во облик на прстен направени од материјал помал од 0,2 mm се пресметува со формулата

каде е односот на густината на изолационата обвивка со густината на материјалот од примерокот,

каде е густината на изолацијата, земена еднаква на 1,6 10 kg/m за неорганска облога и 1,1 10 kg/m за органска;

- фактор на полнење, утврден како што е наведено во ГОСТ 21427.1

6.3.3 Површина на попречен пресек С, m, примероците составени од ленти за апаратот Епштајн се пресметуваат со помош на формулата

каде е должината на лентата, m.

6.3.4 Површината на попречниот пресек на примерокот на листот, m, се пресметува со формулата

каде е должината на листот, m.

6.4 Грешката во одредувањето на масата на примероците не треба да надминува ±0,2%, надворешниот и внатрешниот дијаметар на прстенот - ±0,5%, должината на лентите - ±0,2%.

6.5 Мерењата со вредност на амплитудата на магнетна индукција помала од 1,0 Тесла се вршат по демагнетизирање на примероците во поле со фреквенција од 50 Hz.

Поставете го напонот што одговара на амплитудата на магнетната индукција од најмалку 1,6 Тесла за анизотропен челик и 1,3 Тесла за изотропниот челик, а потоа постепено намалувајте го.

Времето на демагнетизација мора да биде најмалку 40 секунди.

При мерење на магнетна индукција во поле помало од 1,0 A/m, примероците се чуваат по демагнетизација 24 часа; при мерење на индукција во поле со јачина од повеќе од 1,0 A/m, времето на експозиција може да се намали на 10 минути.

Дозволено е да се намали времето на експозиција ако релативната разлика во индукциските вредности добиени по нормална и скратена изложеност е во рамките на ±2% .

6.6 Горните граници на вредностите на измерените магнетни количини за примероците во облик на прстен и оние составени од ленти мора да одговараат на амплитудата на јачината на магнетното поле не поголема од 5 10 A/m при фреквенција на обратна магнетизација од 50 до 60 Hz и не повеќе од 1 10 A/m на повисоки фреквенции; долни граници - најниските вредности на амплитудите на магнетна индукција дадени во Табела 3.

Табела 3

Фреквенција на превртување на магнетизација, kHz

Најмалата вредност на амплитудата на магнетната индукција, Т, за време на мерењето

специфични магнетни загуби, W/kg

јачина на магнетно поле, A/m

Од 0,05 до 0,06 вкл.

St. 0,06 "1,0"

" 1,00 " 10,0 "


Најмалата вредност на амплитудата на магнетната индукција за примероци од листови треба да биде еднаква на 1,0 Тесла.

6.7 За волтметар PV1,калибриран во просечни исправени вредности, напонот V, што одговара на дадена амплитуда на магнетна индукција, T и фреквенција на обратна магнетизација, Hz, се пресметува со формулата

Каде - површина на пресек на примерокот, m;

- број на свиоци на намотување на примерокот II;

- вкупен отпор на намотката на примерокот II Т2и намотки Т1, Ом;

- еквивалентен отпор на инструменти и уреди поврзани со намотка II примерок Т2, Ом, пресметано со формулата

Каде - активен отпор на волтметри PV1, PV2,ватметри напонски кола PWи кола за повратни информации на напонот на засилувачот на моќност, соодветно, Ом.

Вредноста во формулата (6) се занемарува доколку нејзината вредност не надминува 0,002.

6,8 За волтметар PV1,калибрирани во ефективни вредности на синусоидален напон, вредноста на U, V,пресметано со формулата

6.9 Ако нема калем Т1пресметајте ја корекцијата , B, поради магнетниот флукс надвор од примерокот, користејќи ја формулата

каде е бројот на вртења на намотките на примерокот Т2;

- магнетна константа, H/m;

- површина на пресек на намотката за мерење на примерокот, m;

- површина на пресек на мострата, определена како што е наведено во 6.3, m;

- просечна должина на линијата на магнетното поле, m.

За примероците во облик на прстен, просечната должина на линијата на магнетното поле, m, се пресметува со формулата

Во стандардните тестови за примерок од ленти, просечната должина, m, се зема еднаква на 0,94 m. Доколку е неопходно да се зголеми точноста на одредување на магнетни количини, вредностите може да се изберат од Табела 4.

Табела 4

Јачина на магнетно поле, A/m

Просечна должина на линијата на магнетното поле, m

за изотропен челик

за анизотропен челик

Од 0 до 10 вкл.

ул. 10 „70“


За примерок од лист, просечната должина на линијата на магнетното поле, m, се одредува врз основа на резултатите од метролошката сертификација на инсталацијата;

- амплитуда на струјата, A; пресметано во зависност од амплитудата на падот на напонот, V, преку отпорник со отпор, Ом, вклучен во магнетизирачкото коло, според формулата

или со просечната исправена вредност на emf, V, индуцирана во намотувањето II на серпентина Т1кога намотувањето I е поврзано со колото за магнетизирање, според формулата

Каде - меѓусебна индуктивност на серпентина, H; не повеќе од 1·10 Hn;

- фреквенција на обратна магнетизација, Hz.

6.10 При одредување на специфични магнетни загуби во апаратот Епштајн, треба да се земе предвид нехомогеноста на магнетизацијата на аголните делови на магнетното коло со воведување на ефективната маса на примерокот, kg, која за примероци од ленти се пресметува со формулата

Каде - тежина на примерокот, kg;

- должина на лента, м.

За примероци од прстен, ефективната маса се зема еднаква на масата на примерокот.

Ефективната маса на примерок од лист се одредува врз основа на резултатите од метролошката сертификација на инсталацијата.

7 Постапка на мерење

7.1 Определувањето на специфичните магнетни загуби се заснова на мерење на активната моќност потрошена за магнетизирање обратно на примерокот и потрошена од уредите PV1, PV2, PWи колото за повратна врска на засилувачот. При тестирање на примерок од лист, се земаат предвид загубите во јаремите. Активната моќност се одредува индиректно со напонот на намотката II од примерокот Т2.

7.1.1 При инсталацијата (види слика 1) клучевите се затворени S2, S3, S4и отворете го клучот S1.

7.1.2 Поставете го напонот, или (), V, користејќи волтметар PV1;фреквенција на обратна магнетизација, Hz; проверете со амперметар РА,што е ватиметар PWне е преоптоварен; затворете го клучот S1и отворете го клучот S2.

7.1.3 Доколку е потребно, прилагодете го отчитувањето на волтметарот со изворот на енергија PV1да ја поставите поставената вредност на напонот и да ја измерите ефективната вредност на напонот, V, со волтметар PV2и моќност, W, ватиметар П.В.

7.1.4 Поставете го напонот што одговара на поголемата вредност на амплитудата на магнетната индукција и повторете ги операциите наведени во 7.1.2, 7.1.3.

7.2 Одредувањето на ефективната вредност на јачината на магнетното поле се заснова на мерењето на струјата на магнетизирање.

7.2.1 При инсталацијата (види слика 1) клучевите се затворени S2, S4и отворете ги копчињата S1, S3.

7.2.2 Поставете го напонот или U, V, фреквенција на обратна магнетизација, Hz, и се одредува со помош на амперметар РАвредности на магнетизирачка струја, А.

7.2.3 Поставете поголема вредност на напонот и повторете ги операциите наведени во 7.2.1 и 7.2.2.

8 Правила за обработка на резултатите од мерењето

8.1 Факторот на обликот на кривата на напонот на намотката II од примерокот се пресметува со формулата

Каде - ефективна вредност на напон, V;

- напон пресметан со формулата (6), V.

8.2 Специфичните магнетни загуби, W/kg, на лента или примерок во облик на прстен се пресметуваат со формулата

каде е ефективната маса на примерокот, kg;

- просечна вредност на моќноста, W;

- ефективна вредност на напонот, V;

- број на вртења на намотките на примерокот Т2;

- види 6.7.

Вредностите и се занемаруваат ако соодносот не надминува 0,2% од, а односот не надминува 0,002.

Грешката во одредувањето на отпорот не треба да надминува ±1%.

Дозволено е да се замени вредност еднаква на 1,11 наместо напон на = 1,

Познато е дека кога феромагнет е изложен на магнетно поле со фиксна јачина Н, вредност на магнетизација Ј, а со тоа и индукција ВО, предизвикани од ова поле, ги достигнуваат своите пресметани вредности со одредено задоцнување. Овој феномен се нарекува магнетна вискозност. Магнетната вискозност е еден од факторите што предизвикува неповратна загуба на енергија (и, следствено, загревање на материјалот) во феромагнетно тело; овие загуби се нарекуваат загуби за магнетна вискозностили остатокзагуби.

Процесот на превртување на магнетизацијата на магнетните материјали во наизменично магнетно поле е исто така поврзан со термички загуби на дел од енергијата на магнетното поле. Загубите на енергија во форма на топлина се карактеризираат со специфични магнетни загуби Ппобеди Според механизмот на настанување се разликуваат загуби од хистерезаИ динамични загуби.

Загуби од хистерезисповрзани со феноменот на магнетна хистереза ​​и неповратно движење на границите на доменот. Овие загуби се пропорционални со областа на јамката на хистерезис и фреквенцијата на наизменичното поле. Специфична загуба на моќност Р g потрошени за хистереза ​​се одредуваат со:

Р g = h f B max n, (5.38)

каде што h е коефициент во зависност од својствата на материјалот; Бмакс - максимална индукција за време на циклусот; n- експонент ( n = 1,6 - 2,0); ѓ- фреквенција на промена на магнетното поле.

Динамични загубисе нарекуваат вртложни струиИ загуби поради магнетна вискозностб.

Динамичките загуби предизвикани од загубите поради магнетната вискозност се поврзани со заостанувањето на магнетната индукција од промените во јачината на магнетното поле.

Загуби со вртложни струисе предизвикани од струи кои се индуцирани во магнетен материјал поради менување на магнетниот тек: поради феноменот електромагнетна индукција, се јавува ЕМП. Кружни струи се појавуваат во материјалот ( струи Фуко). Бидејќи Бидејќи феромагнетите како челик или нихром се спроводливи материјали, значителните струи на Фуко доведуваат до загревање на материјалот (понекогаш и до стотици степени Целзиусови). Намалувањето на електричниот отпор на магнетниот материјал доведува до зголемување на загубите и, следствено, до поголемо загревање на материјалот.

Специфичната загуба на моќност се изразува на следниов начин

П(ѓ) = б ѓ Бмакс 2, (5,39)

каде b е коефициент во зависност од видот на материјалот и неговата форма.

Очигледно, примарна задача за намалување на загубите поради струите на Фуко е да се зголеми отпорноста на материјалот, но тоа не е секогаш можно, на пример, сите видови челик имаат слични вредности на електрична отпорност.

За да се намали ефектот на вртложните струи и да се намалат загубите поради магнетизирање обратно на феромагнетите, магнетното коло не е целосно направено, туку составено ( измешајте) од изолирани едни од други тенки листови од челик, чии авиони се наоѓаат паралелно со линиите на магнетното поле. Во таков дизајн, прво, секој лист е изолиран еден од друг, т.е. отпорот меѓу нив е доста висок, а струите на Фуко се значително намалени. Второ, поради вистинскиот изборориентација на челичниот лим во однос на линиите на магнетна индукција, мал дел од флуксот се менува во секој јадро лим, така што ЕМП индуциран во контурата на лимот и вртложните струи во него стануваат помали.

Конечно, големината на вртложните струи во листот се намалува бидејќи струјната патека во листот е издолжена и пресекот на листот е намален.

Намалувањето на големината на вртложните струи се постигнува со зголемување на електричната отпорност на материјалот на јадрото со воведување силиконски адитиви во електричните челици. За истите цели што ги користат магнетодиелектричниИ феритотјадра.

ДО дополнителнизагубите ги вклучуваат сите загуби освен загубите поради вртложни струи и хистерезис; тие можат да бидат предизвикани од такви појави како магнетна вискозност, резонанца на поместување на магнетните ѕидови, резонанца предизвикана од анизотропија и ротација на векторот на магнетизација итн.

Сите овие загуби претставуваат дисипација на енергија- неповратни загуби на енергија дисипирана во форма на топлина во феромагнетни материјали. Во наизменично магнетно поле, тие го одредуваат дополнителното оптоварување на изворот на енергија на електричното коло. На пример, внесувањето магнетен материјал (магнетно јадро) во ликвидација (серпентина, електромагнет, тороид, итн.) е еквивалентно на зголемување на електричниот отпор на колото еднонасочна струја.

Моќ на магнетна загуба(или едноставно, магнетни загуби) во магнетното коло P i(W) го одредува еквивалентниот отпор Р и:

Р и = P i/Јас 2, Ом, (5,40)

Каде Јас- ефективна вредност на струјата во колото, А.

На сл. Слика 5.6 покажува конвенционално електрично (а) и еквивалентно еквивалентно коло (б), како и векторски дијаграм (в) на струи и напони.

Тангента на магнетна загубаво магнетниот материјал се пресметува на следниов начин:

tgd m = У Р/У Л = Р и/ w Л = (Р g_ + Рво + Рг)/в Л, (5.41)

Каде РГ, Р V, Рг - еквивалентни отпори што се должат, соодветно, на хистереза, вртложни и дополнителни загуби.

Ориз. 5.6. Коло (а), еквивалентно еквивалентно коло (б), векторски дијаграм на коло со магнет

1

Тимофеев И.А.

Отпорноста на легурите на железо-силициум беше проучувана како функција на густината на дислокација и концентрацијата на доменот. Проучена е употребата на специфични загуби со индукција на магнетизација од 1,0 и 1,5 Т за железо-силициумски легури Fe-4% Si и Fe-6,5% Si. Обезбедени се потребните практични информации, компаративни податоци и резултати од тестот, кои може да се користат за избор на потребната технологија на производство. Развиено иновативна технологијаМагнетните јадра може да се користат во техничко решение за производство на магнетни системи на различни електрични производи.

Во електричните единици како што се генератори, мотори, генераторско-моторни системи, трансформатори, магнетни засилувачи, електромагнети на контактори и магнетни стартери, главната задача е дистрибуција, засилување и конверзија на електромагнетната енергија. Ова бара употреба на материјали со мали загуби и висока индукција на сатурација во магнетните системи. Овие барања најдобро се задоволуваат со легури на железо-силициум.

Допингот со силициум, кој формира супституционален цврст раствор со железо, предизвикува зголемување на електричната отпорност. Ефектот на силициумот врз електричната отпорност се одредува со следната приближна емпириска формула:

Легурите на железо-силициум со ниски вредности на електрична отпорност не се широко користени дури и во технологијата со ниска фреквенција поради зголемените вредности на виртуелната струја. На големината и насоката на вртложните струи, покрај димензиите на магнетното јадро, влијае и неговата електрична отпорност, фреквенцијата електрична струјаи магнетна пропустливост. Соодветно на тоа, вртложните струи предизвикани од вртењето на магнетизацијата на магнетните материјали влијаат на специфичните електрични загуби.

Појаснување на формулата за пресметка

Современите формули за пресметување на конкретни загуби даваат одредени грешки. Ајде да го разгледаме ова со примери.

Обид да се пресметаат конкретни загуби поради вртложни струи во феромагнет беше направен во 1926 година од Б.А. Введенски. Тој ја предложи следнава формула:

, (2)

каде што d е дебелината на плочата;

В о - магнетна индукција, В о =m×Н о;

ω - циклична фреквенција;

q - магнетна спроводливост.

Меѓутоа, формулата (2) многу приближно ги одредува специфичните загуби поради вртложни струи. Грешките на Введенски се состоеле во тоа што вредноста на магнетната спроводливост q треба да се внесе во броителот, а не во именителот. Покрај тоа, неопходно беше да се внесе во броителот вредноста на цикличната фреквенција не на првата моќност, туку на втората, т.е. w 2 , а во именителот беше потребно да се земе предвид густината на материјалот.

Интересот за одредување на специфичните загуби во магнетните материјали се појави во врска со можноста за нивна широка употреба во создавањето на топловалан електричен челик за електрични машини. Откако Гос ги открил високите магнетни својства на ладно валани електричен челик долж насоката на тркалање во 1935 година, интересот за проучување на специфичните загуби се зголемил. Во следните години, истражувањата за подобрување на електричните карактеристики на челикот ќе се интензивираат.

Првата приближна полуфеноменолошка равенка за пресметување на вкупните загуби во спроводен феромагнет беше дадена од Елвуд и Лег во 1937 година:

Р полн = , (3)

каде што B е константна вредност за дадена легура;

μ - магнетна пропустливост;

C е величина независна од B o и w.

Експерименталната верификација покажа дека грешките на Елвуд и Лег беа дека, покрај оние грешки што ги направи Введенски, беше неопходно да се внесат вредностите на густината на материјалот и принудната сила во приближната полуфеноменолошка равенка (3). Внесени параметри Б 0 3и μ 3 во равенката (3) дополнително ги искривуваат резултатите од пресметката.

Дадената формула (3) не ја зема предвид теоријата на дислокација на магнетните својства на материјалите. Попрецизна зависност на определувањето на загубите на енергија на физичките величиникога ја смени магнетизацијата на феромагнет, Мишин даде:

, (4)

каде е константата на магнетострикција;

l е просечната дебелина на сегментот на дислокација;

δ е дебелината на структурата на доменот;

в - вектор на плескавици;

N - густина на дислокација;

S е област на поместување на границите на доменот;

n е бројот на домени во единица волумен на феромагнет.

Оваа зависност ја зема предвид апсорпцијата на енергија од границите на доменот со сегменти на дислокација кои се свиткуваат под дејство на еластично поле, но не ја зема предвид компонентата на хистерезис на загубите и не ја зема предвид електричната отпорност на материјалот. Меѓутоа, оваа зависност овозможува да се одредат загубите на енергија од физичките количини и не дозволува практично да се одредат специфичните загуби на индустриските магнетни материјали во зависност од техничките количини.

Практична формула за инженерски пресметки на специфични електрични загуби поради вртложни струи беше предложена од Круг. Тој, сумирајќи многу затворени електрични кола, ги зеде предвид загубите во сите кола и го даде следниот израз:

P во = , (5)

каде V m е амплитудата на магнетната индукција, T;

f - фреквенција на наизменична струја, Hz;

d - дебелина на плочата, mm;

k f - коефициент на облик на крива на магнетна индукција;

γ - густина на материјалот на плочата, kg/m 3;

ρ е електричната отпорност на материјалот на плочата, Ohm×m.

Применувајќи ја формулата (5), резултатите од практичните пресметки стануваат потценети во просек од четири реда на големина, т.е. 10 4 пати.

Меѓутоа, за формулата (5) да биде целосно претставена во системот SI и да одговара приближно на реалните индикатори за загубите на вртложни струи, неопходно е да се замени дебелината на плочите во метри во формулата и да се елиминира коефициентот 10 -10 , т.е.:

P во = . (6)

Од работата на Дружинин е познато дека загубите на хистерезис се пропорционални со областа на статистичкиот циклус на хистерезис, фреквенцијата на враќање на магнетизацијата и обратно пропорционални со густината на материјалот на плочата и се одредуваат од следниот израз:

каде што S е областа на циклусот на статичка хистереза, T× a/m.

Со трансформирање на јамката на хистерезис во правоаголник, областа на статичкиот циклус на хистерезис може приближно да се одреди со помош на следнава едноставна формула:

S= 4V m ×N s, (8)

каде N c е силата на принуда.

Следствено, специфичните загуби на хистерезис, земајќи ја предвид формулата (8), може да се одредат со следнава формула:

Откако ги утврдивме компонентите на загубите со помош на формулите (6) и (9), можеме да ги најдеме вкупните специфични загуби поради промена на магнетизацијата на меките магнетни материјали:

P=P во +P g = , (10)

каде што H c е вредноста на силата на принуда дадена без да се земе предвид густината на дислокација и концентрацијата на доменот.

Врз основа на современата теорија на дислокација на магнетните својства на материјалите, силата на принуда е под влијание на интеракцијата на доменот и структурите на дислокација. За овој случај, силата на принуда може да се претстави како:

N s =1,5 , (11)

Овде K е константа на магнетна анизотропија; δ - дебелина на ѕидот на доменот; μ 0 - магнетна константа, μ 0 = 4p×1 0 -7 H / m; I S - спонтана магнетизација; D - дијаметар на кристалит; N е густината на тековната дислокација; N o - максимална густина на дислокација; c 1 е константа за односот на густината на дислокација; n - моментална концентрација на домени; n o - максимална концентрација на домени; c 2 е константа за односот на концентрацијата на доменот.

Следствено, конечните вкупни специфични загуби, земајќи ја предвид формулата (11), може да се претстават со следната формула.

P= . (12)

Електричната отпорност на магнетниот материјал е структурно чувствителна големина.Да ја напишеме равенката за зависноста на електричната отпорност од густината на дислокација и концентрацијата на доменот во следнава форма, земајќи ја предвид равенката (1):

. (13)

каде b е коефициентот, b=0,1...0,9;

q е константа за односот на густината на дислокација;

ε е константа за односот на концентрацијата на доменот.

Електричната отпорност на магнетниот материјал е под влијание на интеракцијата на структурите на доменот и дислокацијата.

Предмети и методи на истражување

Цилиндрични примероци од легури Fe-4% Si и Fe-6,5% Si со должина од 65×10 -3 m, дијаметар од 6 + 0,2 × 10 -3 m, чија технологија на производство беше спроведена според методот. Земањето примероци беше спроведено според ГОСТ 20559.

Мерењето на електричната отпорност беше извршено според методот наведен во ГОСТ 25947. Уредот што се користеше беше потенциометар со директна струја од типот R-4833 со мерна граница од 1×10 -2 до 1×10 4 Ом. Класата на точност на уредот беше 0,05.

Методот на мерење се состои од поминување на директна електрична струја низ легурата и одредување на падот на напонот на познат дел од нејзината должина. Електричната отпорност беше пресметана со формулата:

каде U е падот на напонот помеѓу контактите, V;

S е површината на пресекот на примерокот, mm 2;

I е моменталната јачина што тече низ примерокот.

L - растојание помеѓу контактите.

Студијата и модификацијата на структурните дефекти беше извршена со зрачење на примероците со гама зраци на радиоактивни елементи со бранова должина во опсег од 1×10 -1 ¸3×10 -3 nm. За таа цел е користен стационарен рендген апарат од типот TUR-D-1500 со енергија на зрачење од 150 keV.

Направени се металографски студии, како и регистрација на дислокациската конструкција на металографските микроскопи МИМ-8 и Неофот-32, а за следење на дислокациите се користени електронски микроскопБС-613 со напон за забрзување од 100 kV.

Предметите за проучување на специфичните електрични загуби беа примероци долги 0,28 m, ширина 0,03 m, дебелина 0,5×10 -3 m. Карактеристиките беа измерени при дадена индукциона амплитуда од 1,0 и 1,5 Т. Грешката беше 3%.

Одредувањето на специфичните електрични загуби беше спроведено во согласност со ГОСТ 12119 на мал апарат Епштајн (примероци со тежина од 1 кг) на ниска индустриска фреквенција од 50 Hz. Уредот се користеше заедно со следните мерни инструменти: електронски ватиметар F-585, генератор на звук GZ-34, електронски миливолтметар F-564 и миливолтметар со светилка VZ-38.

Експериментални резултати

За физиката на магнетните материјали, од теоретски интерес е да се проучи ефектот на густината на дислокација врз електричната отпорност.

Експерименталните тестови покажаа дека електричната отпорност на примероците со висок степен на точност е структурно чувствителна на појава на дефекти кај нив. Како што се зголемува густината на дислокација, електричната отпорност се зголемува соодветно. Со зголемување на густината на дислокација за еден ред на големина од 6×10 11 на 6×10 12 m -2, електричната отпорност се зголемува за примерок од легура Fe-4%Si од 0,9 на 2,2 Ohm×m, т.е. за 2,4 пати, а за примерок од легура Fe-6,5%Si од 1,2 до 2,6 Ohm×m, т.е. 2,3 пати.

Од практичен интерес е определувањето на зависноста на специфичните загуби од густината на дислокација и квантитативната содржина на силициум при различни индукции на магнетизација. Влијанието на структурата на дислокација врз специфичните загуби беше проучено во променливи магнетни полињаиндустриска фреквенција 50 Hz. На сликата се прикажани резултатите од мерењето на специфичните загуби во логаритамски координати во зависност од густината на дислокацијата. Со зголемување на густината на дислокација за еден ред на големина од 2×10 11 на 2×10 12 m-2, специфичните загуби се зголемуваат во следните граници: за примерок од легура Fe-4%Si со магнетна индукција од 1,5 Т од 3,3 до 9, 0 W/kg, т.е. 2,7 пати, за примерок од легура Fe-6,5%Si со магнетна индукција од 1,5 Т од 1,8 до 5,8 W/kg, т.е. 3,2 пати; за примерок од легура Fe-4%Si при магнетна индукција од 1,0 T од 1,2 до 3,6 W/kg, т.е. 3,0 пати, за примерок од легура Fe-6,5%Si со магнетна индукција од 1,0 T од 0,7 до 2,4 W/kg, т.е. 3,4 пати.

Не помалку практичен интерес е и проучувањето на ефектот на концентрацијата на доменот врз електричната отпорност. Со зголемување на концентрацијата на домените од 6×104 на 6×105 m-2, електричната отпорност се намалува за примерок од легура Fe-4%Si од 2,3×10-6 на 0,37×10-6 Ohm ×m, тие. 6,1 пати, а за примерок од легурата Fe-6,5%Si од 3,45×10 -6 до 0,65×10 -6 Ohm×m, т.е. 5,3 пати.

Ориз. 1.Зависност на специфичните електрични загуби на легурите на железен силициум од густината на дислокација при различни индукции на магнетизација

1 - Fe-4,0%Si (1,5 Т); 2 - Fe-6,5%Si (1,5 Т);

3 - Fe-4,0%Si (1,0 Т); 4 - Fe-6,5%Si (1,0 Т);

Дискусија за резултатите од експериментот

Промената на концентрацијата на дефекти во материјалот може индиректно да се процени со промената на електричната отпорност.

Физичката суштина на феноменот што се разгледува е како што следува. Под влијание на електромагнетно поле се јавуваат дислокациски релаксации, кои остро се разликуваат по форма од хармоничните синусоидални осцилации. Интензивното движење на слободните електрони во металот доведува до дисипација на енергијата од еластични судири со дислокации и до возбудување на второто. Вторите го инхибираат преминот на електрична струја низ металот, а со тоа ја зголемуваат електричната отпорност. Затоа, појавата на какви било типови на дислокации во легурата доведува до зголемување на електричната отпорност, а нивното намалување ја намалува електричната отпорност. Така, со зголемување на густината на дислокација за еден ред на големина, електричната отпорност се зголемува за примерок од легура Fe-4%Si за 2,4 пати, а за примерок од легура Fe-6,5%Si за 2,3 пати.

Зголемувањето на специфичните загуби се јавува поради зголемување на густината на дислокација. Меѓутоа, со зголемување на густината на дислокација, што доведува до влошување на структурата, процесите на поместување на ѕидовите на доменот, кои се јавуваат при пониски индукции на магнетизација, стануваат потешки. Процесите на ротација на ѕидовите на доменот што се случуваат при индукција на висока магнетизација се под влијание на таквото зголемување на густината на дислокација со помал фактор. Затоа, кога структурата на легурата се влошува поради зголемената густина на дислокација, зголемувањето на загубите P 10/50 се јавува со поголем фактор отколку кај загубите P 1,5/50.

Да го разгледаме ефектот на концентрацијата на доменот врз специфичните загуби. Наведените фрагментарни податоци се контрадикторни. Според податоците во шипката квадратен пресекимаше само два домени. Загубите од вртложни струи беа неколку пати поголеми од оние пресметани без учество на структурата на доменот на примерокот. Според дебелината на листот, имаше четири домени. Загубите на енергија од вртложни струи беа 1,5 пати поголеми од оние пресметани со добро познатата формула (5).

Систематските студии покажаа дека со зголемување на концентрацијата на домените за еден ред на големина, електричната отпорност се намалува за примерок од легура Fe-4%Si за 6,1 пати, а за примерок од Fe-6,5%Si за 5,3 пати, што вкупно при индукција на магнетизација од 1,0 T доведува до зголемување на специфичните електрични загуби за примерок од легура Fe-4%Si за 3,0 пати, а за примерок од легура Fe-6,5%Si за 3,4 пати , а со индукциска магнетизација од 1,5 Т доведува до зголемување на специфичните загуби за примерок од легура Fe-4%Si за 2,7 пати, а за примерок од легура Fe-6,5%Si за 3,2 пати.

заклучоци

1. Формулата за пресметка за специфични загуби за магнетни материјали е изведена во зависност од густината на дислокација и концентрацијата на доменот.

2. Утврдено е дека со зголемување на густината на дислокација за еден ред на големина, електричната отпорност се зголемува за примерок од легура Fe-4%Si за 2,4 пати, за примерок од Fe-6,5%Si за 2,3 пати, а со зголемување на концентрацијата на домените за еден ред на големина, електричната отпорност се намалува за примерок од легура Fe-4%Si за 6,1 пати, за примерок од Fe-6,5%Si за 5,3 пати, што заедно доведува до индукција на магнетизација од 1,0 T до зголемување на специфичните загуби за примерок од легура Fe-4%Si за 3,0 пати, за примерок од легура Fe-6,5%Si за 3,4 пати и со индукција на магнетизација од 1,5 Т до зголемување на специфичните загуби за примерокот од легурата Fe-4%Si за 2,7 пати, за примерокот од легурата Fe-6,5%Si за 3,2 пати.

БИБЛИОГРАФИЈА:

  • 1. Дружинин В.В. Магнетни својства на електричниот челик. М.: Енергија, 1974. - 239 стр.
  • 2. Vvedensky B.A., ZhRFKhO, дел од физиката. 58.241 (1926).
  • 3. Кос Н.П. Новиот развој во челиците за електрични ленти се карактеризира со фино зрнеста структура која се приближува до својствата на еден кристал. - ТАСМ, 1935, VI, с. 23, бр.2, стр. 511-544
  • 4. Elwood W.B., Legg V.E., J. Appl. Физ. 8, 351 (1937).
  • 5. Мишин Д.Д. Магнетни материјали. М.: Факултетот, 1991. - 384 стр.
  • 6. Круг К.А. Основи на електротехниката. - М.-Л.: ОНТИ, 1936 година.
  • 7. Тимофеев И.А. Модерна висока технологија. - 2005. - бр. 11. - стр. 84-86.
  • 8. Мишин Д.Д., Тимофеев И.А. Технологија на производство на електрична енергија. - 1978. - бр.1(104). - Стр. 1-3.
  • 9. Williams H., Shockly W., Kittel C. Студии за брзината на ширење на граница на феромагнетен домен. - Физ. Rev., 1950, с. 80, бр.6.
  • 10. Поливанов К.М. Теоретска основаелектротехника. 4.III. М.: Енергија, 1969 година.
  • 11. Тимофеев И.А., Кустов Е.Ф. Вести од универзитетите. Физика. - 2006. - бр. 3. - стр. 26. -32.

Библиографска врска

Тимофеев И.А. СПЕЦИФИЧНИ ЗАГУБИ ВО ФЕРОМАГНЕТ // Современи прашањанауката и образованието. – 2007. – бр.6-1.;
URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=753 (датум на пристап: 02/01/2020). Ви ги пренесуваме списанијата што ги издава издавачката куќа „Академија за природни науки“