Материал: 9205_Ромашкин_Лаб_6_КЭТ
МИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В. И. Ульянова (Ленина)
Кафедра МНЭ
отчет
по лабораторной работе №6
Тема: «Исследование катушек индуктивности на ферритовых сердечниках»
Студент гр. 9205 |
|
Ромашкин В.Г. |
Преподаватель |
|
Пермяков Н.В. |
Санкт-Петербург
2021
«Исследование катушек индуктивности на ферритовых сердечниках»
Цель работы: исследование свойств тороидальных катушек индуктивности на ферритовых сердечниках кольцевой формы.
Экспериментальная установка:
Схема измерительной установки приведена на рисунке. Синусоидальное напряжение от генератора сигналов G подается с ключа S1 на одну из испытуемых катушек индуктивности L и последовательно соединенный с ней резистор R0 = 51,4 Ом. Вольтметр PU в зависимости от положения переключателя, S2 может измерять напряжение UR на резисторе R6, пропорциональное току I через обмотку и, соответственно, напряженности магнитного поля H, воздействующего на сердечник, или напряжение Uвх на входе схемы.
Падение напряжения на катушке индуктивности можно найти как:
(6.2.)
где
– ток в обмотке.
Параметры
катушек, используемых при определении
токовых (полевых) и частотных зависимостей
свойств, приведены в табл. 6.1.
Внутри
пульта также находятся образцы
исследуемых сердечников, на каждый из
которых нанесены два электрода,
позволяющие измерить удельное
сопротивление ферритов; при этом площадь
электродов
,
а расстояние м/у ними
.
К выводам от этих электродов подключается
внешний омметр.
Основные сведения:
Катушка индуктивности конструктивно реализуется в виде однослойной
или многослойной обмотки из изолированного провода, которая наматывается на магнитный сердечник или на изоляционное основание. По форме катушки индуктивности могут быть трех видов: цилиндрическая катушка, или соленоид (сердечник - магнитный стержень); катушка на сердечнике с замкнутым магнитным потоком (тороидальный, броневой, Ш-или П-образный сердечники); плоская катушка (спираль с планарно расположенными витками, сердечник - магнитный диск). Индуктивность катушек первых двух видов может быть определена из выражения:
где
– коэф-ент формы;
– проницаемость сердечника; w
– число витков;
– сечение сердечника;
- средняя длина магнитных силовых линий
в сердечнике.
Наименьшими
габаритами при одинаковой индуктивности
обладают тороидальные катушки, параметры
которых хорошо поддаются расчету, так
как для них
- магнитная проницаемость материала
сердечника. Напряженность магнитного
поля в тороидальном сердечнике находится
как
,
где I-
ток в обмотке.
Характеристики тороидальных катушек индуктивности определяются свойствами материала магнитного сердечника. При использовании катушек на частотах выше 100 кГц их сердечники изготавливаются из ферритов - магнитных полупроводниковых керамических материалов.
Магнитомягкие ферриты, обладающие достаточно большой магнитной
проницаемостью
и малой коэрцитивной силой, применяются
в качестве материалов для изготовления
сердечников любой формы; они имеют
невысокую стоимость. Достоинством их
по сравнению с металлическими магнитными
сердечниками является также большое
удельное сопротивление, что препятствует
индицированию вихревых токов. Поэтому
в широком диапазоне частот магнитная
проницаемость ферритов остается
постоянной, а потери энергии практически
обусловлены только потерями на гистерезис.
Спад магнитной проницаемости феррита
при частотах выше некоторого критического
значения
обусловливается
в основном инерционностью процессов
перемагничивания.
На высоких частотах уменьшение
будет определяться также влиянием
вихревых токов.
В маркировке поликристаллических ферритов число означает величину начальной магнитной проницаемости при низких частотах;
первая буква Н -"низкочастотный";
вторая буква указывает состав феррита: М - в состав входит оксид марганца; Н - оксид никеля.
В
настоящей работе проводится исследование
свойств тороидальных катушек индуктивности
на ферритовых сердечниках кольцевой
формы. Размеры таких сердечников принято
записывать в форме
,
где буква К
означает кольцевой; D,
d, h -
численные значения (в миллиметрах)
наружного диаметра, внутреннего диаметра
и толщины кольца соответственно.
Обработка результатов эксперимента:
По данным 6.3.1, пользуясь выражением
,
определить индуктивность катушек при
различных токах в обмотке:
.
Результаты занести в таблицу 6.2. Построить
зависимость L(I)
для обеих катушек.
Сделаем
пример расчета при
:
По данным 6.3.1 построить кривые намагничивания Вm(Нm) и зависимости магнитной проницаемости от напряженности поля μ(Нm) для исследованных образцов ферритов. Амплитудное значение напряженности магнитного поля в кольцевом сердечнике катушки индуктивности можно найти из выражения:
Магнитная проницаемость кольцевого сердечника:
Амплитудное
значение магнитной индукции в сердечнике
определим
как
0-6
Марка феррита |
Ur, мВ |
Uвх, мВ |
I, мА |
UL, мВ |
L, мГн |
Hm, А/м |
μ |
B, Тл |
D, мм |
d, мм |
h, мм |
w |
2000HM |
20 |
25,5 |
0,39 |
15,82 |
0,647 |
1,27 |
1854,48 |
0,003 |
7 |
4 |
2 |
40 |
2000HM |
100 |
145 |
1,95 |
105,00 |
0,859 |
6,37 |
2461,81 |
0,020 |
||||
2000HM |
150 |
210 |
2,92 |
146,97 |
0,802 |
9,56 |
2297,21 |
0,028 |
||||
2000HM |
200 |
275 |
3,89 |
188,75 |
0,772 |
12,75 |
2212,65 |
0,035 |
||||
2000HM |
300 |
440 |
5,84 |
321,87 |
0,878 |
19,12 |
2515,50 |
0,060 |
||||
2000HM |
400 |
600 |
7,78 |
447,21 |
0,915 |
25,49 |
2621,32 |
0,084 |
||||
2000HM |
500 |
800 |
9,73 |
624,50 |
1,022 |
31,86 |
2928,38 |
0,117 |
||||
2000HM |
600 |
1050 |
11,67 |
861,68 |
1,175 |
38,24 |
3367,15 |
0,162 |
||||
2000HM |
800 |
1450 |
15,56 |
1209,34 |
1,237 |
50,98 |
3544,24 |
0,227 |
||||
2000HM |
1000 |
1500 |
19,46 |
1118,03 |
0,915 |
63,73 |
2621,32 |
0,210 |
||||
2000HM |
1500 |
2550 |
29,18 |
2062,16 |
1,125 |
95,59 |
3223,26 |
0,387 |
||||
2000HM |
2000 |
3200 |
38,91 |
2498,00 |
1,022 |
127,45 |
2928,38 |
0,469 |
||||
2000HM |
3000 |
4200 |
58,37 |
2939,39 |
0,802 |
191,18 |
2297,21 |
0,552 |
||||
20000HM |
10 |
78 |
0,19 |
77,36 |
63,31 |
0,44 |
131904 |
0,07 |
10 |
6 |
3 |
40 |
20000HM |
20 |
170 |
0,39 |
168,82 |
69,09 |
0,88 |
143931,1 |
0,16 |
||||
20000HM |
30 |
270 |
0,58 |
268,33 |
73,21 |
1,31 |
152513,1 |
0,25 |
||||
20000HM |
40 |
325 |
0,78 |
322,53 |
66,00 |
1,75 |
137490 |
0,30 |
||||
20000HM |
50 |
485 |
0,97 |
482,42 |
78,97 |
2,19 |
164518,1 |
0,45 |
||||
20000HM |
70 |
610 |
1,36 |
605,97 |
70,85 |
3,07 |
147609,9 |
0,57 |
||||
20000HM |
100 |
1300 |
1,95 |
1296,15 |
106,09 |
4,38 |
221012,5 |
1,22 |
||||
20000HM |
150 |
1540 |
2,92 |
1532,68 |
83,63 |
6,57 |
174229,5 |
1,44 |
||||
20000HM |
300 |
2800 |
5,84 |
2783,88 |
75,95 |
13,14 |
158231,1 |
2,61 |
||||
20000HM |
400 |
3400 |
7,78 |
3376,39 |
69,09 |
17,52 |
143931,1 |
3,17 |
||||
20000HM |
500 |
3850 |
9,73 |
3817,39 |
62,49 |
21,91 |
130184,5 |
3,58 |
Таблица 6.2.1
Рисунок 1
Рисунок 2
Рисунок 3
Рисунок 4
Рисунок 5
Рисунок 6
Вычислим значения индуктивности катушек и магнитной проницаемости ферритов при разных частотах
Приведем пример вычислений:
Марка феррита |
f, кГц |
Uвх, мВ |
UL, мВ |
L, мГн |
D,мм |
d,мм |
h,мм |
w |
μ |
μ0 |
20000 HM |
1 |
21 |
14,70 |
8,02 |
10 |
6 |
3 |
40 |
16653,94 |
1,26*10-6 |
2 |
32 |
28,27 |
7,71 |
16015,24 |
||||||
4 |
58 |
56,03 |
7,64 |
15871,78 |
||||||
6 |
77 |
75,52 |
6,87 |
14263,58 |
||||||
8 |
105 |
103,92 |
7,09 |
14720,14 |
||||||
10 |
125 |
124,10 |
6,77 |
14062,11 |
||||||
20 |
130 |
129,13 |
3,52 |
7316,33 |
||||||
40 |
235 |
234,52 |
3,20 |
6643,72 |
||||||
60 |
595 |
594,81 |
5,41 |
11233,57 |
||||||
80 |
820 |
819,86 |
5,59 |
11612,92 |
||||||
100 |
1080 |
1079,90 |
5,89 |
12236,91 |
||||||
2000 HM |
0,1 |
32 |
28,27 |
0,15 |
7 |
4 |
2 |
20 |
1761,68 |
|
0,15 |
50 |
47,70 |
0,17 |
1981,77 |
||||||
0,2 |
70 |
68,37 |
0,19 |
2130,66 |
||||||
0,4 |
140 |
139,19 |
0,19 |
2168,77 |
||||||
0,6 |
230 |
229,51 |
0,21 |
2383,99 |
||||||
0,8 |
280 |
279,60 |
0,19 |
2178,19 |
||||||
1 |
340 |
339,67 |
0,19 |
2116,94 |
||||||
1,5 |
560 |
559,80 |
0,20 |
2325,91 |
||||||
2 |
680 |
679,83 |
0,19 |
2118,49 |
||||||
2,5 |
780 |
779,86 |
0,17 |
1944,14 |
||||||
3 |
900 |
899,87 |
0,16 |
1869,45 |