STUDIUL CICLULUI DINAMIC DE HISTEREZIS - MAGNETIC CU AJUTORUL OSCILOSCOPULUI

1. Principiul lucrarii

In regim dinamic, la o baleiere continua cu o anumita frecventa a campului magnetic se obtine, de regula, curba , pentru care se pot defini: inductia maxima , respectiv un camp coercitiv H¢_C, care difera esential de H_C din curba M = M(H) numai la materiale magnetice dure cu campuri coercitive mari (Fig.1). Datorita proceselor ireversibile, pentru parcurgerea unui ciclu de magnetizare trebuie consumata o anumita energie. Pierderile de energie sunt proportionale cu coeficientul de pierderi al lui Steinmetz, h

(1) unde A reprezinta aria in mm2 a ciclului obtinuta prin planimetrarea pe hartie milimetrica. KH si KB sunt coeficienti de scara, dependenti de dispozitivul experimental, in unitati "A/m mm" si T/mm; n 1,5. Bm reprezinta inductia magnetica maxima (la saturatie). In cazul magnetizarii in camp magnetic alternativ, de frecventa f (50Hz in cazul nostru), pierderile specifice (puterea disipata pe unitatea de masa) se calculeaza cu relatia:

Fig.1 (2)

unde r este densitatea, m este masa, V este volumul probei.

2. Montajul experimental

Ciclul de histerezis magnetic in regim dinamic se poate vizualiza cu ajutorul osciloscopului. Montajul experimental este prezentat in Fig. 2. Pentru evitarea influentei campului de demagnetizare, se utilizeaza probe feromagnetice sub forma toroidala, Fig.3. Intrucat la bornele "ab" ale bobinei secundare N₂ se obtine o tensiune proportionala cu dB/dt se foloseste un circuit de integrare "CI" la ale carui borne "cd" se obtine o tensiune proportionala cu B.

Optional, se poate vizualiza pentru fiecare proba curba diferential dB/dt = f(H) scotand bananele din bornele "cd" si introducandu-le in bornele "ab" (in acest fel este scos din circuit montajul de integrare).

Intre valorile deviatiei pe axa x si valorile campului magnetic H, care se stabileste in interiorul probei, se poate stabili urmatoarea relatie de proportionalitate:

cu (3)

La fel intre deviatia pe axa y si inductia magnetica B se poate stabili o relatie de proportionalitate de tipul:

; cu (4)

k_x - sensibilitatea pe axa x a osciloscopului (V/mm); k_y - sensibilitatea pe axa y a osciloscopului (V/mm); d_m = (1/2) (d_i d_e) reprezinta diametrul mediu, S = (1/2) (d_e - d_i)h; S - sectiunea; d_i - diametrul interior, d_e - diametrul exterior, h - inaltimea torului (Fig.3)

3. Modul de lucru

3.1. Determinari experimentale

a) Se realizeaza montajul din Fig.2, pentru proba I conectand circuitul de integrare corespunzator probei, cu ajutorul claviaturii de pe panou si fixand rezistenta R₁ la valoarea indicata in tabelul I;

b) Se conecteaza osciloscopul la retea, se deconecteaza baza de timp si se regleaza selectoarele de sensibilitate pentru amplificarea pe x si pe y pe treptele de amplificare convenabile astfel incat imaginea ciclului de histerezis sa ocupe o portiune cat mai mare din ecran.

c) Se creste curentul prin bobina N₁ pana cand se obtine saturarea magnetizarii (se distorsioneaza curba de magnetizare). Se observa pe ecranul osciloscopului o imagine de tipul celei prezentate in Fig.1. Se citesc pe axele osciloscopului punctele x_c si x_S respectiv y_m, y_r si se trec in tabelul II. Intre valorile x_c, x_S respectiv y_m, y_r si campurile H_c, H_S respectiv inductiile magnetice B_m, B_r exista relatii de tipul celor scrise in ecuatiile (3); (4).

d) Se repeta operatiile de mai sus pentru materialele II si III

3.2. Prelucrarea datelor experimentale

Pentru determinarea coeficientilor de scara ai osciloscopului k_x si k_y in V/mm, se pot utiliza indicatiile S_x si S_y de pe panoul frontal al osciloscopului. Astfel, pe axa x, pentru S_x= 1, k_x = 0,2 V/mm iar pentru S_x = 5, k_x = 0,04 V/mm. Pentru axa y, pentru calculul coeficientului k_y se convertesc indicatiile S_y de pe panoul osciloscopului din V/div, in V/mm cu relatia 1V/div = 1/5 V/mm (1div = 5mm).

a). Pentru fiecare proba studiata se calculeaza coeficientii de proportionalitate K_H; K_B. Cu ajutorul acestora se calculeaza valorile H_c; H_S respectiv B_m; B_r [se folosesc relatiile (3) si (4)

b). Se reprezinta pe hartie milimetrica, in coordonate x-y, la scara 1/1 ciclurile de histerezis pentru cele 3 probe.

c). Se planimetreaza suprafata ciclului determinandu-se aria A(mm²), apoi cu relatiile (1) si (2) se calculeaza coeficientul de pierderi, si pierderile specifice.

Rezultatele se trec in Tabelul II.

Tabel I

Tabel II