JoVE Logo

Sign In

אפיון רכיבים מגנטיים

Overview

מקור: עלי באזי, המחלקה להנדסת חשמל, אוניברסיטת קונטיקט, סטורים, CT.

מטרת הניסוי היא להשיג ניסיון מעשי עם רכיבים מגנטיים שונים מנקודות מבט עיצוביות וחומריות. ניסוי זה מכסה עקומות B-H של חומר מגנטי ועיצוב משרן באמצעות זיהוי גורמי עיצוב לא ידועים. עקומת B-H של יסוד מגנטי, כגון משרן או שנאי, היא מאפיין של החומר המגנטי היוצר את הליבה שסביבה נכרכים פיתולים. מאפיין זה מספק מידע על צפיפות השטף המגנטי שהליבה יכולה להתמודד איתו ביחס לזרם הזורם בפיתולים. הוא גם מספק מידע על גבולות לפני הליבה רווי מגנטית, כלומר כאשר דוחף זרם יותר דרך סליל מוביל לא זרימת שטף מגנטי נוסף.

Principles

ניתן לזהות את עקומת B-H באמצעות מעגל פשוט. באמצעות החוק של Ampere, עוצמת השטף המגנטי (H) היא פרופורציונלית לזרם בסליל; לדוגמה, עבור סליל N-turnיחיד הנושא זרם (i) עטוף סביב ליבה של אורך ממוצע (l) ואזור חתך(A),החוק של Ampere מניב,

Equation 1(1)

כמו כן, המתח על פני סליל (v) יכול להיקבע על ידי קצב השטף של שינוי dφ / dt באמצעות החוק של פאראדיי. עבור אותו סליל שתואר בעבר,

Equation 2(2)

צפיפות השטף(B)מוגדרת גם כ,

Equation 3(3)

אשר יכול להיכתב כך,

Equation 4(4)

לכן, כדי להעריך את עקומת B-H של חומר, אני ואת זמן אינטגרל של V ניתן להשתמש. שינוי קנה מידה בחזרה לכמויות B ו- H בפועל אפשרי כאשר N, l ו- A ידועים.

על מנת למדוד את זמן-אינטגרל של v, מעגל R-C פשוט במקביל ל סליל יכול לשמש (איור 1). חוצץ R-C צריך להיות R >> XC בתדר ההפעלה כך vRv. באמצעות הנחה זו, מדידת מתח הקבל vC נותן קירוב סביר של זמן אינטגרל של V מאז,

Equation 5(5)

הסימן השלילי יעיל עבור ייצוג תחום זמן אבל צריך להיות ירד בעת התמודדות עם RMS וכמויות שיא, ולכן זה נפוץ להשתמש,

Equation 6(6)

Figure 1
איור 1: מעגל בדיקה כדי לקבוע את עקומת B-H של משרן. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Procedure

1. זיהוי חדירה יחסית

בצע את ההליך כדי למצוא את החמיצה היחסית של המשרן הקטן (ליבת פריט צהוב / לבן). ממדי הליבה מוצגים ב- Fig. 2, ומספר הפניות הוא N=75.

  1. באמצעות מד LCR, למדוד את האינדוקציה של המשרן הן 120 הרץ ו 1000 הרץ.
  2. לבנות את המעגל ב Fig. 1 על לוח פרוטו, אבל לשמור על פלט מחולל פונקציה מנותק מלוח הפרוטו.
  3. בדוק גשושית מתח דיפרנציאלית ובדיקת זרם ללא קיזוז עם הגשושית הנוכחית המחוברת בערוץ 1 ובדיקת המתח המחוברת בערוץ 2.
  4. שים לב לגורמי קנה המידה עבור הבדיקה הדיפרנציאלית על הגשושית עצמה ועל הטווח. הגדר את הבדיקה הדיפרנציאלית ל- 1/20 לרזולוציה טובה יותר.
  5. הגדר את הגשוש הנוכחי ל- 100 mV/A על הגשושית עצמה ופי 1 על הטווח. זכור שיש להשתמש בגורמי קנה מידה אלה בעת ביצוע חישובים.
  6. הגדר את פלט מחולל הפונקציות (מחבר פלט BNC של 50 Ω) בשיא של 10 V ובצורת גל סינוסואידית של 1000 הרץ. שים לב לצורת הגל באמצעות גשושית המתח הדיפרנציאלית.
  7. השאר את מחולל הפונקציה פועל גם כאשר הוא מנותק, אך הימנע מקצר את המסופים שלו. כיבוי מחולל הפונקציות מאפס הגדרות רבות.
  8. חבר את בדיקות הזרם והמתח כדי למדוד vC ו- i.
  9. ודא שהמעגל הוא לפי הרצ;א ושכל החיבורים נשמרים.
  10. חבר את מחולל הפונקציה למעגל.
  11. קח צילום מסך של הזרם והמתח הנמדדים עם לפחות שלוש תקופות המוצגות בנוסף לערכי השיא או RMS של האותות הנמדדים.
  12. מתפריט "תצוגה" בטווח, שנה את תבנית התצוגה מ- "YT" ל- "XY".
  13. התבונן בעקומת B-H על-ידי התאמת ידיות הכוונון האנכיות של ערוץ 1 וערוץ 2 עד שהעקומה תתאים למסך הטווח.
  14. כדי לראות עקומה יציבה יותר, השתמש באפשרות "persist" מתפריט התצוגה בהגדרה של 1 או 2 s.
  15. קח צילום מסך של עקומת B-H הנמדדת.
  16. התאם את תדר מחולל הפונקציות ל- 120 הרץ וכבוש מחדש את צילום המסך של עקומת B-H לאחר התאמת הגדרות העקומה לפי הצורך.
  17. נתק את מחולל הפונקציות והסר את המשרן. שמור על שאר המעגל שלם.

Figure 2
איור 2: מידות ליבת המשרן הקטנה יותר. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

2. זיהוי מספר הפניות

המשרן השחור הגדול יותר (Bourns 1140-472K-RC) יש מספר לא ידוע של פניות. כדי לפשט את החישובים, להניח את הליבה להיות סולנואיד כל ליבת אוויר עם רדיוס של 1.5 ס"מ ואורך של 2.5 ס"מ. אם הנחה זו לא תילקח, הגיאומטריה של הליבה תצטרך להילקח בחשבון ותסבך את החישובים. עם זאת, הנחה זו עדיין סבירה בהתחשב בכך עם סולנואיד, שטף צריך לעבור באוויר משני צידי המכשיר והאוויר הוא מדיום נתיב השטף הדומיננטי.

  1. באמצעות מד LCR, למדוד את האידוקציה של המשרן שסופק הן 120 הרץ ו 1000 הרץ.
  2. מניחים את המשרן במעגל המוצג ב- Fig. 1 , אשר עדיין צריך להיות שלם מן החלק הקודם של הניסוי.
  3. בדוק גשושית מתח דיפרנציאלית ובדיקת זרם ללא קיזוז עם הגשושית הנוכחית המחוברת בערוץ 1 ובדיקת המתח המחוברת בערוץ 2.
  4. שים לב לגורמי קנה המידה עבור הבדיקה הדיפרנציאלית על הגשושית עצמה ועל הטווח. הגדר את הבדיקה הדיפרנציאלית ל- 1/20 לרזולוציה טובה יותר.
  5. הגדר את הגשוש הנוכחי ל- 100 mV/A על הגשושית עצמה ופי 1 על הטווח. זכור כי יש להשתמש בגורמי קנה מידה אלה בעת ביצוע חישובים המשתמשים במדידות או בלכידות נתונים לניתוח נוסף.
  6. הגדר את פלט מחולל הפונקציות (מחבר פלט BNC של 50 Ω) בשיא של 10 V ובצורת גל סינוסואידית של 1000 הרץ. שים לב לצורת הגל באמצעות גשושית המתח הדיפרנציאלית.
  7. השאר את מחולל הפונקציה פועל גם כאשר הוא מנותק, אך הימנע מקצר את המסופים שלו. כיבוי מחולל הפונקציות מאפס הגדרות רבות.
  8. חבר את בדיקות הזרם והמתח כדי למדוד vC ו- i.
  9. בדוק את המעגל וודא שהחיבורים רצויים.
  10. חבר את מחולל הפונקציה למעגל.
  11. קח צילום מסך של הזרם והמתח הנמדדים עם לפחות שלוש תקופות המוצגות בנוסף לערכי השיא או RMS של האותות הנמדדים.
  12. מתפריט "תצוגה" בטווח, שנה את תבנית התצוגה מ- "YT" ל- "XY".
  13. התבונן בעקומת B-H על-ידי התאמת ידיות הכוונון האנכיות של ערוץ 1 וערוץ 2 עד שהעקומה תתאים למסך הטווח.
  14. כדי לראות עקומה יציבה יותר, השתמש באפשרות "persist" מתפריט התצוגה בהגדרה של 1 או 2 s.
  15. קח צילום מסך של עקומת B-H הנמדדת.
  16. התאם את תדר מחולל הפונקציות ל- 120 הרץ וכבוש מחדש את צילום המסך של עקומת B-H לאחר התאמת הגדרות העקומה לפי הצורך.
  17. כבה את מחולל הפונקציה ופרק את המעגל.

עקומת 3.B-H של שנאי 60 הרץ

השנאי המשמש בהדגמה זו יורד 115 V RMS ל 24 V RMS, אך ניתן להשתמש בו רק לאפיון עקומת B-H בניסוי זה, ולכן נעשה שימוש רק במסופי RMS 120 V. מידות השנאי מוצגות בתג 3.

  1. באמצעות מד LCR, למדוד את האינדוקציה של 115 V-צד מתפתל ב 120 הרץ (קרוב יותר מדורג 60 הרץ).
  2. ודא שמתג הניתוק תלת-פאזי נמצא במצב כבוי.
  3. חבר את הכבל המשולש ל- VARIAC.
  4. בנה את המעגל המוצג בתאנה 4. שהשני ישב בצד של הלוח הפרוטו. השתמש בכבלי בננה כדי לחבר AC1 ו- N מן VARIAC ללוח הפרוטו.
  5. ודא שה-VARIAC מוגדרת ב- 0%.
  6. בדוק גשושית מתח דיפרנציאלית ובדיקת זרם ללא קיזוז עם הגשושית הנוכחית המחוברת בערוץ 1 ובדיקת המתח המחוברת בערוץ 2.
  7. שים לב לגורמי קנה המידה עבור הבדיקה הדיפרנציאלית על הגשושית עצמה ועל הטווח. הגדר את קנה המידה של הבדיקה הדיפרנציאלית ל- 1/200.
  8. הגדר את הגשוש הנוכחי ל- 100 mV/A על הגשושית עצמה ופי 1 על הטווח. זכור שיש להשתמש בגורמי קנה מידה אלה בעת ביצוע חישובים.
  9. חבר את בדיקות הזרם והמתח כדי למדוד vC ו- i.
  10. בדוק את המעגל.
  11. הפעל את מתג הניתוק המשולש והתאימו לאט את ה-VARIAC עד להגעה ל-90%.
  12. קח צילום מסך של הזרם והמתח הנמדדים עם לפחות שלוש תקופות המוצגות בנוסף לערכי השיא או RMS של האותות הנמדדים.
  13. מתפריט "תצוגה" בטווח, שנה את תבנית התצוגה מ- "YT" ל- "XY".
  14. התבונן בעקומת B-H על-ידי התאמת ידיות הכוונון האנכיות של ערוץ 1 וערוץ 2 עד שהעקומה תתאים למסך הטווח.
  15. כדי לראות עקומה יציבה יותר, השתמש באפשרות "persist" מתפריט התצוגה בהגדרה של 1 או 2 s.
  16. קח צילום מסך של עקומת B-H הנמדדת.
  17. שחזר את ה- VARIAC ל- 0%, כבה את מתג הניתוק ופרק את המעגל.

Figure 3
איור 3: מידות ליבת השנאי. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Figure 4
איור 4: בדוק מעגל כדי לקבוע את עקומת B-H של שנאי 60 הרץ. אנא לחץ כאן כדי להציג גירסה גדולה יותר של איור זה.

Results

על מנת למצוא את החדרות היחסית של חומר הליבה, ניתן להשתמש בשתי גישות. הגישה הראשונה היא להשתמש במד LCR, שבו השראתו (L) של סליל שנעשה עם מספר ידוע של פניות (N) נמדדת, ולאחר מכן ניתן לחשב את החמידות היחסית כדלקמן:

חוסר רצון של הליבה: Equation 7 (7)

החמיצות היחסית (μr) היא אפוא:

Equation 8 (8)

כאשר μo הוא חדור של ואקום, l הוא אורך הליבה הממוצע ב m, ו- A הוא אזור הליבה חתך ב m2.

לדוגמה, אם נעשה שימוש בליבת טורואידלית ברדיוס פנימי r1=1 ס"מ, רדיוס חיצוני r2=2 ס"מ, אזור חתך של 1 ס"מ2ומד LCR קורא 1 μH עבור 10 סיבובים ולאחר מכן:

l=2π( r2-r1) =2π ס"מ, Equation 9 ו- μr= 50,000.

השיטה השנייה משתמשת בעקומת B-H הנמדדת. באזור הליניארי, הנראה או משוער, ניתן למצוא את החדירות היחסית מהשיפוע (B = μrμoH) עבור כל תדר. כדי למצוא ערכי B ו- H, יש לבצע שינוי קנה מידה מתאים עבור גורמי בדיקה, רכיבי מעגל ומידות ליבה באמצעות מדידות קודמות.

בגישה דומה למציאת החמישות היחסית, ניתן למצוא את מספר הפניות אם החמיות היחסית אינה ידועה. זה יכול להיות מושגת על ידי מניפולציה המשוואות הקודמות כדי למצוא N.

עבור ferrites, μr הוא בסדר גודל של כמה אלפים, בעוד עבור סגסוגות פלדה ופלדה, μ r הוא בסדר גודל של עשרות או מאות.

Application and Summary

למרות משרן והתקנים אלקטרו-מגנטיים אחרים (למשל,שנאים) נפוצים מאוד במערכות חשמליות, אלקטרוניות ומכאניות רבות, קניית משרים ליישום מסוים אינה טריוויאלית. גם כאשר נרכש משרן, ייתכן שעדיין יש מידע על חומר הממשי, מספר הפניות ופרטים אחרים. הבדיקות בניסוי זה שימושיות במיוחד עבור מהנדסים וטכנאים המתכננים לבנות משרן משלהם או לאפיין את אלה מחוץ למדף. זה נפוץ עם יישומי אלקטרוניקה כוח(למשל,ממירי DC / DC) כמו גם יישומי כונן מנוע חשמלי(למשל,משרן מסנן AC) שבו מידע נוסף רצוי על המשרן ביד.

Tags

Magnetic ComponentsInductorsTransformersMagnetic MaterialCoreCoilCurrent FlowMagnetic FieldPermeabilityMagnetizing ForceMagnetic FluxB H CurveMagnetic SaturationMeasurementCharacterizationWindingsFlux DensityHysteresis

Skip to...

0:06

Overview

1:21

Principles of Magnetic Component Characterization

4:04

Measuring Relative Permeability

6:12

Identifying the Number of Turns

7:08

B-H Curve of a 60 Hz Transformer

8:04

Representative Results

8:50

Applications

10:15

Summary

Videos from this collection:

article

Now Playing

אפיון רכיבים מגנטיים

Electrical Engineering

15.1K Views

article

אמצעי זהירות חשמליים וציוד בסיסי

Electrical Engineering

144.7K Views

article

מבוא ללוח עמודי החשמל

Electrical Engineering

12.4K Views

article

ממיר האצת DC/DC

Electrical Engineering

57.1K Views

article

ממיר DC/DC Buck

Electrical Engineering

21.2K Views

article

ממיר Flyback

Electrical Engineering

13.3K Views

article

רובוטריקים חד פאזיים

Electrical Engineering

20.2K Views

article

מפסקים חד פאזיים

Electrical Engineering

23.5K Views

article

מאמת תיריסטור

Electrical Engineering

17.5K Views

article

מהפך חד פאזי

Electrical Engineering

18.0K Views

article

מנועי DC

Electrical Engineering

23.4K Views

article

אפיון מנוע אינדוקציה AC

Electrical Engineering

11.6K Views

article

מכונת אינדוקציה AC הניזונה מ- VFD

Electrical Engineering

7.0K Views

article

סינכרון מחשב סינכרוני AC

Electrical Engineering

21.6K Views

article

אפיון מכונה סינכרוני AC

Electrical Engineering

14.3K Views

JoVE Logo

Privacy

Terms of Use

Policies

Research

Education

ABOUT JoVE

Copyright © 2025 MyJoVE Corporation. All rights reserved