Raua magnetiseerimise ümberpööramisest tingitud erikadude määramine. Magnetkaod
GOST 12119.4-98
Rühm B39
RIIKIDEVAHELINE STANDARD
Elektriline teras
MAGNETILISTE JA ELEKTRILISTE OMADUSTE MÄÄRAMISE MEETODID
Spetsiifilise magnetkao ja efektiivväärtuse mõõtmise meetod
magnetvälja tugevus
elektriline teras.
Magnetiliste ja elektriliste omaduste testimise meetodid.
Spetsiifiliste magnetkadude mõõtmise meetod
ja magnetvälja intensiivsuse tegelik väärtus
MKS 77 040,20
OKSTU 0909
Tutvustuse kuupäev 1999-07-01
Eessõna
1 VÄLJATÖÖTAJA Vene Föderatsioon, Riikidevaheline Standardi Tehniline Komitee MTK 120 "Metalltooted mustmetallidest ja sulamitest"
TUTVUSTAS Venemaa Gosstandart
2 VASTU VÕTNUD Riikidevahelise Standardi-, Metroloogia- ja Sertifitseerimisnõukogu poolt (28. mai 1998. aasta protokoll nr 13)
Hääletas vastuvõtmise poolt:
Osariigi nimi | Riikliku standardiasutuse nimi |
Aserbaidžaani Vabariik | Azgosstandart |
Armeenia Vabariik | Armstate standard |
Valgevene Vabariik | Valgevene riiklik standard |
Kõrgõzstani Vabariik | Kõrgõzstandart |
Vene Föderatsiooni | Venemaa Gosstandart |
Tadžikistani Vabariik | Tadžikistani osariigi standard |
Türkmenistan | Türkmenistani riiklik peainspektsioon |
Usbekistani Vabariik | Uzgosstandart |
Ukraina | Ukraina riiklik standard |
3 Vene Föderatsiooni standardimis- ja metroloogiakomitee 8. detsembri 1998. aasta määrusega N 437 jõustus riikidevaheline standard GOST 12119.4-98 Vene Föderatsiooni riikliku standardina alates 1. juulist 1999.
4 GOST 12119-80 ASEMEL jaotise 4 osas
5 LÄBIVAATAMINE
1 kasutusala
1 kasutusala
See standard kehtestab meetodi spetsiifiliste magnetkadude 0,3–50,0 W/kg ja magnetvälja tugevuse efektiivse väärtuse 100–2500 A/m määramiseks ümbermagnetiseerimissagedustel 50–400 Hz, kasutades vattmeetri ja ampermeetri meetodit.
Rõnganäidistel ja ribade proovidel on lubatud määrata magnetiliste suuruste väärtusi ümbermagnetiseerimissagedustel kuni 10 kHz.
2 Normatiivviited
See standard kasutab viiteid järgmistele standarditele:
GOST 8.377-80 Riiklik süsteem mõõtmiste ühtsuse tagamiseks. Materjalid on pehme magnetiga. Mõõtmiste teostamise meetodid staatiliste magnetiliste karakteristikute määramisel
GOST 8476-93 Otsese toimega analoognäidik elektrilised mõõteriistad ja nende abiosad. Osa 3: Erinõuded vattmeetritele ja varmeetritele
GOST 8711-93 Otsese toimega analoognäidik elektrilised mõõteriistad ja nende abiosad. Osa 2: Erinõuded ampermeetritele ja voltmeetritele
GOST 12119.0-98 Elektriline teras. Magnetiliste ja elektriliste omaduste määramise meetodid. Üldnõuded
GOST 13109-97 Elektrienergia. Tehniliste vahendite ühilduvus on elektromagnetiline. Üldotstarbeliste toitesüsteemide elektrienergia kvaliteedistandardid
GOST 21427.1-83 Elektriline külmvaltsitud anisotroopne lehtteras. Tehnilised andmed
GOST 21427.2-83 Elektriline külmvaltsitud isotroopne õhuke lehtteras. Tehnilised andmed
3 Üldnõuded
Katsemeetodite üldnõuded - vastavalt standardile GOST 12119.0.
Selles standardis kasutatud terminid vastavad standardile GOST 12119.0.
4 Katsekehade ettevalmistamine
4.1 Katsekehad peavad olema isoleeritud.
4.2 Rõngakujulised proovid monteeritakse stantsitud rõngastest paksusega 0,1–1,0 mm või keritakse lindile paksusega kuni 0,35 mm ja asetatakse isoleermaterjalist kassettidesse paksusega kuni 3 mm või mitte. -ferromagnetiline metall paksusega kuni 0,3 mm. Metallkassetil peab olema vahe.
Proovi välisläbimõõdu ja sisemise läbimõõdu suhe ei tohiks olla suurem kui 1,3; proovi ristlõikepindala ei ole väiksem kui 0,1 cm.
4.3 Epsteini aparaadi proovid on valmistatud ribadest paksusega 0,1–1,0 mm, pikkusega 280–500 mm ja laiusega (30,0 ± 0,2) mm. Prooviribade pikkus ei tohiks üksteisest erineda rohkem kui ± 0,2%. Proovi ristlõikepindala peab olema vahemikus 0,5–1,5 cm. Triipude arv proovis peab olema neljakordne, minimaalselt kaheteistkümne triibuga.
Anisotroopse terase proovid lõigatakse mööda valtsimissuunda. Nurk ribade rullimise ja lõikamise suundade vahel ei tohi ületada 1° .
Isotroopse terase proovide puhul lõigatakse pooled ribadest mööda valtsimissuunda, teine - risti. Rullimise ja lõikesuuna vaheline nurk ei tohi ületada 5°. Ribad on rühmitatud neljaks pakendiks: kaks - piki rullimissuunda lõigatud ribadest, kaks - risti. Võrdselt lõigatud ribadega pakendid asetatakse aparaadi paralleelsetesse mähistesse.
Lubatud on lõigata ribasid rullimissuunaga sama nurga all. Kõigi ühte mähisesse asetatud ribade rullimise suund peab olema sama.
4.4 Lehtnäidised on valmistatud pikkusega 400–750 mm. Lehe pikkus peab olema vähemalt ikke välispikkus: pleki laius peab olema vähemalt 60% solenoidakna laiusest. Pikkuse tolerants ei tohi ületada ±0,5%, laiuse puhul - ±2 mm.
Lehtede pind ja kuju peavad vastama standarditele GOST 21427.1 ja GOST 21427.2.
5 Rakendusseadmed
5.1 Paigaldamine. Paigaldusskeem on näidatud joonisel 1.
Joonis 1 – vattmeetri meetodi mõõtmiste skeem
5.1.1 voltmeetrid PV1- keskmise alaldatud pinge väärtuse mõõtmiseks ja seejärel magnetinduktsiooni amplituudi määramiseks ja PV2- efektiivse pinge väärtuse mõõtmiseks ja sellele järgnevaks selle kõvera kujuteguri määramiseks peab nende mõõtepiir olema 30 mV kuni 100 V, maksimaalne sisendvool mitte üle 5 mA, täpsusklass vähemalt 0,5 vastavalt standardile GOST 8711.
Voltmeetrile on lubatud kasutada pingejagurit PV1 saada magnetinduktsiooni amplituudidega arvuliselt võrdsed näidud.
5.1.2 vattmeeter PW aktiivvõimsuse mõõtmiseks ja sellele järgnevaks erimagnetkadude määramiseks peab selle mõõtepiir olema 0,75–30 W, nimivõimsustegur 50 Hz sagedusel mitte üle 0,1 ja kõrgemal sagedusel 0,2; täpsusklass vähemalt 0,5 magnetiseerimise ümberpööramise sagedusel 50 kuni 400 Hz või mitte vähem kui 2,5 - sagedusel üle 400 Hz vastavalt standardile GOST 8476.
Spetsiifiliste magnetkadude väärtustega numbriliselt võrdsete näitude saamiseks on lubatud kasutada vattmeetri pingejaoturit. Pingejaguri väljund tuleb ühendada vattmeetri paralleelahelaga, sisend - näidise II mähisega T2.
5.1.3 Ampermeeter RA magnetiseerimisvoolu efektiivse väärtuse mõõtmiseks ja sellele järgnevaks magnetvälja tugevuse efektiivse väärtuse määramiseks peab sellel olema mõõtepiir 0,1 kuni 5,0 A, täpsusklass vähemalt 0,5 vastavalt standardile GOST 8711. Vattmeetri vooluahela koormuse reguleerimisel on lubatud väikseimat mõõtepiiri suurendada kuni 1,0 A-ni. Ampermeetri maksimaalne tarbitav võimsus üle 250 mm laiuste lehtede proovidega mõõtmisel ei tohiks olla suurem kui 1,0 VA; muude proovide puhul - mitte rohkem kui 0,2 VA.
5.1.4 Sagedusloendur PF sageduse mõõtmiseks, mille viga ei ületa ±0,2%.
5.1.5 Näidismagnetiseerimise toiteallikas peaks olema võimsusvõimendiga madalsagedusgeneraator või 50 Hz sagedusstabilisaatoriga pingeregulaator. Koormatud toiteallika mittesinusoidse pinge koefitsient ei tohiks vastavalt standardile GOST 13109 ületada 5%. Allika nimivõimsus ümbermagnetiseerimissagedusel 50 Hz peab olema vähemalt 0,45 kVA 1,0 kg proovi kaalu kohta ja vähemalt 0,3 kVA tabelis 1 toodud väärtuste korral.
Tabel 1
Remagnetiseerimise sagedus, kHz | Proovi kaal, kg |
Alates 0,05 kuni 1,0 sh. | Alates 0,5 kuni 1,1 sh. |
St. 1.0 "10.0" | 0,03" kuni 0,30" |
Proovi magnetvoo kõvera sinusoidilähedase kuju saamiseks on lubatud kasutada tagasisidevõimendit. EMF-kõvera kuju mittesinusoidsuse koefitsient mähises ei tohiks ületada 3%; pinge tagasisideahela tarbitav võimsus ei tohi ületada 5% mõõdetud magnetkadudest.
5.1.6 voltmeetrid PV1 ja PV2, vattmeetri pingeahel PW ja võimendi tagasiside ei tohiks tarbida rohkem kui 25% mõõdetud väärtusest.
5.1.7 Mähis T1 proovivälise magnetvoo kompenseerimiseks ei tohiks mähise I keerdude arv ületada viiskümmend, takistus ei tohi ületada 0,05 oomi, mähise II takistus ei tohi ületada 3 oomi. Mähised asetatakse mittemagnetilisest isolatsioonimaterjalist silindrilisele raamile pikkusega 25–35 mm ja läbimõõduga 40–60 mm. Mähise telg peab olema risti proovi jõujoonte tasapinnaga, kui see on kinnitatud Epsteini aparaadile. Pooli vastastikuse induktiivsuse koefitsientide suhteline erinevus T1 ja Epsteini aparaat ilma proovita ei tohiks ületada ± 5%.
Mähis on lubatud vooluringist välja jätta (vt joonis 1). T1 mille magnetvoog väljaspool proovi ei ületa 0,2% mõõdetud väärtusest.
5.1.8 Rõngakujulise näidise magnetiseerimine I ja mõõtemähised II T2 peab vastama GOST 8.377 nõuetele.
5.1.9 Epsteini aparaat, mida kasutatakse ribadest koosnevate proovide testimiseks, T2 peab olema neli mähist mittemagnetilisest isolatsioonimaterjalist raamidel järgmiste mõõtmetega:
akna siselaius - (32,0±0,5) mm;
kõrgus - 10-15 mm;
raami seina paksus - 1,5 kuni 2,0 mm;
mähise osa pikkus koos mähisega ei ole väiksem kui 190 mm;
pooli pikkus - (220±1) mm.
Seadme mähiste pöörete arv valitakse vastavalt tabelile 2.
tabel 2
Remagnetiseerimise sagedus, Hz | Pöörete arv mähises |
|
I - magnetiseerimine | II - mõõtmine |
|
Alates 50 kuni 60 k.a. St. 60 "400" " 400 " 2000 " | ||
Märkus – mähised on keritud ühtlaselt kogu pooli raamide pikkuses. Iga mähise kihtide arv raamidel peab olema paaritu. |
||
5.1.10 Proovide testimiseks kasutatav lehtseade T2, peab olema solenoid ja kaks ike. Rikke konstruktsioon peab tagama kontaktpindade paralleelsuse ja mehaanilise jäikuse, mis välistab mõju näidise magnetilistele omadustele. Elektriliste terasraudade postide laius peab olema vähemalt 25 mm, täppissulamitel - 20 mm. Magnetkaod ikkedes ei tohiks ületada 5% mõõdetud kadudest; ikkede magnetvoo amplituudide suhteline erinevus ei tohiks ületada ±15%.
Spetsiifiliste magnetkadude suhtelise muutuse mõõtmiseks on lubatud kasutada avatud ikkega seadmeid, näiteks jääkpinge hindamisel vastavalt standardile GOST 21427.1.
Solenoidil peab olema mittemagnetilisest isoleermaterjalist raam, millele asetatakse esmalt mõõtemähis II, seejärel asetatakse ühe või mitme juhtmega magnetiseeriv mähis I. Iga juhe on ühtlaselt laotud ühte kihti.
Magnetinduktsiooni amplituudide suhteline maksimaalne erinevus solenoidi sees oleva proovi piirkonnas ei tohiks ületada ±5%.
6 Mõõtmiste ettevalmistamine
6.1 Ribadest, lehtedest või rõngakujulistest kujunditest proovid ühendatakse, nagu on näidatud joonisel 1.
6.2 Ribadelt või lehtedelt võetud proovid asetatakse seadmesse. Proovid ribadest asetatakse Epsteini seadmesse, nagu on näidatud joonisel 2.
Joonis 2 – proovi ribade paigaldamise skeem
Ribade ja lehtede asukohta seadmes on lubatud fikseerida, tekitades väljaspool magnetiseerimispooli proovi pinnaga risti rõhu mitte üle 1 kPa.
6.3 Arvutage proovide ristlõikepindala m:
6.3.1 Vähemalt 0,2 mm paksuse materjali rõngakujuliste proovide ristlõikepindala m arvutatakse valemiga
kus -
proovi kaal, kg;
- rõnga välis- ja siseläbimõõt, m;
- materjali tihedus, kg/m.
Materjali tihedus, kg / m, valitakse vastavalt GOST 21427.2 lisale 1 või arvutatakse valemiga
kus ja -
räni ja alumiiniumi massifraktsioonid, %.
6.3.2 Alla 0,2 mm paksuse materjali rõngakujuliste katsekehade ristlõikepindala m arvutatakse valemiga
kus on isolatsioonikatte tiheduse ja proovimaterjali tiheduse suhe,
kus on isolatsiooni tihedus, mis on anorgaanilise katte puhul 1,6 10 kg / m ja orgaanilise katte puhul 1,1 10 kg / m;
- täitmistegur, määratud vastavalt standardile GOST 21427.1
6.3.3 Ristlõikepindala S, m, Epsteini aparaadi ribadest koosnevad proovid, arvutatuna valemiga
kus on riba pikkus, m.
6.3.4 Lehe proovi ristlõikepindala m arvutatakse valemiga
kus on lehe pikkus, m.
6.4 Proovide massi määramise viga ei tohiks ületada ±0,2%, rõnga välis- ja sisediameeter - ±0,5%, ribade pikkus - ±0,2%.
6.5 Mõõtmised magnetilise induktsiooni amplituudi väärtusel alla 1,0 T viiakse läbi pärast proovide demagnetiseerimist väljas sagedusega 50 Hz.
Määrake magnetilise induktsiooni amplituudile vastav pinge anisotroopse terase puhul vähemalt 1,6 T ja isotroopse terase puhul 1,3 T, seejärel vähendage seda järk-järgult.
Demagnetiseerimisaeg peab olema vähemalt 40 s.
Magnetinduktsiooni mõõtmisel väljas, mille tugevus on alla 1,0 A/m, hoitakse proove pärast demagnetiseerimist 24 tundi; induktsiooni mõõtmisel väljas, mille tugevus on üle 1,0 A / m, saab kokkupuuteaega vähendada 10 minutini.
Säriaega on lubatud vähendada normaalse ja vähendatud kokkupuute järel saadud induktsiooniväärtuste suhtelise erinevusega ± 2% piires. .
6.6 Rõngakujuliste ja ribadest koosnevate näidiste mõõdetud magnetsuuruste väärtuste ülempiirid peaksid vastama magnetvälja tugevuse amplituudile mitte üle 5 10 A/m magnetiseerimise ümberpööramissagedusel 50 kuni 60 Hz ja mitte rohkem kui 1 10 A/m – kõrgematel sagedustel; alumised piirid - tabelis 3 toodud magnetilise induktsiooni amplituudide väikseimad väärtused.
Tabel 3
Remagnetiseerimise sagedus, kHz | Magnetinduktsiooni amplituudi väikseim väärtus T mõõtmisel |
|
erimagnetkaod, W/kg | magnetvälja tugevus, A/m |
|
Alates 0,05 kuni 0,06 sh. | ||
St. 0.06 "1.0" | ||
" 1,00 " 10,0 " | ||
Lehtnäidiste magnetilise induktsiooni amplituudi väikseim väärtus peaks olema 1,0 T.
6.7 Voltmeetri jaoks PV1, keskmisel alaldatud väärtustel kalibreeritud pinge V, mis vastab antud magnetinduktsiooni amplituudile T ja ümbermagnetiseerimissagedusele Hz, arvutatakse valemiga
kus -
proovi ristlõike pindala, m;
- II näidise mähise keerdude arv;
- näidise II mähise kogutakistus T2 ja mähised T1, Ohm;
- näidise II mähisega ühendatud seadmete ja seadmete samaväärne takistus T2, Ohm, arvutatud valemiga
kus -
voltmeetrite aktiivtakistused PV1, PV2, vattmeetri pingeahel PW ja võimsusvõimendi pinge tagasisideahelad, vastavalt Ohm.
Valemis (6) olev väärtus jäetakse tähelepanuta, kui selle väärtus ei ületa 0,002.
6.8 Voltmeetri jaoks PV1, kalibreeritud sinusoidse vormi pinge tööväärtustes, väärtuse väärtus U, V, arvutatakse valemi järgi
6.9 Ilma poolita T1 arvutage valemi järgi parandus , V, mis tuleneb proovi välisest magnetvoost
kus on näidismähiste keerdude arv T2;
- magnetkonstant, H/m;
- proovi mõõtemähise ristlõikepindala, m;
on proovi ristlõike pindala, mis on määratud punkti 6.3 kohaselt, meetrites;
- magnetvälja joone keskmine pikkus, m.
Rõngakujuliste proovide puhul arvutatakse valemi abil magnetvälja joone keskmine pikkus m
Ribade proovi standardkatsetes võetakse keskmiseks pikkuseks m 0,94 m. Kui on vaja parandada magnetkoguste määramise täpsust, on lubatud väärtused valida tabelist 4.
Tabel 4
Magnetvälja tugevus, A/m | Magnetvälja joone keskmine pikkus, m |
|
isotroopse terase jaoks | anisotroopse terase jaoks |
|
0 kuni 10 (kaasa arvatud). St. 10 "70" | ||
Lehtproovi puhul määratakse magnetvälja joone keskmine pikkus m paigaldise metroloogilise sertifikaadi tulemuste põhjal;
- voolu amplituud, A; arvutatakse sõltuvalt pingelanguse amplituudist V takistil takistusega Ohm, mis sisaldub magnetiseerimisahelas valemi järgi
või vastavalt pooli II mähises indutseeritud EMF keskmisele alaldatud väärtusele V T1 kui mähis I on valemi järgi kaasatud magnetiseerimisahelasse
kus -
pooli vastastikune induktiivsus, H; mitte rohkem kui 1 10 Gn;
- ümbermagnetiseerimise sagedus, Hz.
6.10 Spetsiifiliste magnetkadude määramisel Epsteini aparaadis tuleks arvesse võtta magnetahela nurgaosade magnetiseerimise ebahomogeensust, sisestades proovi efektiivse massi kg, mis ribadelt võetud proovide puhul arvutatakse valem
kus -
proovi kaal, kg;
- riba pikkus, m.
Rõngakujuliste proovide puhul eeldatakse, et efektiivne mass on võrdne proovi massiga.
Lehtproovi efektiivne mass määratakse paigaldise metroloogilise sertifikaadi tulemuste põhjal.
7 Mõõtmisprotseduur
7.1 Spetsiifiliste magnetkadude määramine põhineb proovi magnetiseerimise ümberpööramisel tarbitud ja seadmete poolt tarbitud aktiivvõimsuse mõõtmisel. PV1, PV2, PW ja võimendi tagasisideahel. Lehtproovi testimisel võetakse arvesse ikke kadusid. Aktiivvõimsus määratakse kaudselt II proovi mähise pingega T2.
7.1.1 Paigaldamisel (vt joonis 1) on võtmed suletud S2, S3, S4 ja avage võti S1.
7.1.2 Seadistage voltmeetri abil pinge või (), V PV1;ümbermagnetiseerimise sagedus, Hz; kontrolli ampermeetriga RA, mis on vattmeeter PW ei ole ülekoormatud; sulge võti S1 ja avage võti S2.
7.1.3 Vajadusel reguleerige voltmeetri näitu toiteallikaga PV1 seatud pinge väärtuse määramiseks ja pinge efektiivse väärtuse V mõõtmiseks voltmeetriga PV2 ja võimsus, W, vattmeeter P.W.
7.1.4 Määrake magnetinduktsiooni amplituudi suuremale väärtusele vastav pinge ja korrake punktides 7.1.2, 7.1.3 kirjeldatud toiminguid.
7.2 Magnetvälja tugevuse efektiivse väärtuse määramine põhineb magnetiseerimisvoolu mõõtmisel.
7.2.1 Paigaldamisel (vt joonis 1) on võtmed suletud S2, S4 ja avage võtmed S1, S3.
7.2.2 Seadistage pinge või sina, V, ümbermagnetiseerimise sagedus, Hz ja määratud ampermeetriga RA magnetiseeriva voolu väärtused, A.
7.2.3 Seadistage kõrgem pinge väärtus ja korrake punktides 7.2.1 ja 7.2.2 näidatud toiminguid.
8 Mõõtmistulemuste töötlemise reeglid
8.1 Näidise II mähise pingekõvera kujutegur arvutatakse valemiga
kus -
efektiivne pinge väärtus, V;
-
pinge arvutatud valemiga (6), V.
8.2 Ribade või rõngakujulise proovi magnetiline erikadu, W / kg, arvutatakse valemiga
kus on proovi tegelik mass, kg;
- võimsuse keskmine väärtus, W;
- efektiivne pinge väärtus, V;
- näidismähiste keerdude arv T2;
- vt 6.7.
Väärtused ja jäetakse tähelepanuta, kui suhe ei ületa 0,2% ja suhe ei ületa 0,002.
Takistuse määramise viga ei tohiks ületada ± 1%.
Pinge at asemel on lubatud asendada väärtusega 1,11 =
1,
Muutuvates väljades suureneb hüstereesi ahela pindala hüstereesikadude tõttu R g, pöörisvoolukaod R sisse ja täiendavad kahjud R d. Sellist ahelat nimetatakse dünaamiliseks ja kogukaod on täis või täielikud. Hüstereesikadu materjali mahuühiku kohta (erikadu) (W/m3)
|
(8.10) |
Sama kadu võib seostada massiühikuga (W / kg)
|
(8.11) |
kus g - materjali tihedus, kg / m3
Hüstereesikadude vähendamiseks kasutatakse võimalikult väikese koertsitiivsusega magnetmaterjale. Selleks eemaldatakse lõõmutamise teel materjalist sisepinged, väheneb nihestuste ja muude defektide arv ning terad suurendatakse.
Lehtnäidise pöörisvoolukadu
|
|
(8.12) |
kus
Bmax - magnetinduktsiooni amplituud, T ;
f- vahelduvvoolu sagedus, Hz;
d- lehe paksus, m;
g- tihedus, kg/m3 ;
r- elektritakistus, ohm. m.
Magnetilisest viskoossusest (magnetilise järelmõju) tingitud lisakadud või -kadud leitakse tavaliselt kogukadude ja hüstereesist ja pöörisvooludest tulenevate kadude summa vahena.
kus J nr– magnetiseerimine juures t ® ¥ ; t - lõõgastusaeg. Joonis 8.14 näitab magnetvälja tugevuse ja magnetiseerituse sõltuvust magnetvälja kestusest. Kõvades magnetilistes materjalides aeg t magnetiline lõdvestus võib ulatuda mitme minutini. Seda nähtust nimetatakse superviskoossuseks.
Joon.8.14. Magnetiseerimise sõltuvus J ja magnetmaterjali tugevus H magnetvälja toimeajal t
Need kaod tulenevad peamiselt domeeni magnetiseerimise ümberpööramisprotsesside inertsist (soojusenergia kulu nõrgalt kinnitatud domeenide piiride liigutamiseks välja muutusega).
Kui magnetiseerimine on vahelduvväljas vastupidine, tekib faasivahe V alates H magnetväli. See juhtub pöörisvoolude toimel, mis takistavad vastavalt Lenzi seadusele magnetinduktsiooni muutumist, samuti hüstereesi nähtuste ja magnetilise järelmõju tõttu.
δ m - mahajäämisnurk - magnetkadude nurk.
tg δm on magnetiliste materjalide dünaamiliste omaduste tunnus.
Vahelduvates väljades kasutatakse magnetkao nurga puutujat. Seda saab väljendada joonisel 8.15 näidatud ekvivalentsete vooluahela parameetrite kaudu. Magnetmaterjalist südamikuga induktiivpool on kujutatud induktiivsuse jadaahelana L ja aktiivne vastupanur.
Riis. 8.15. Magnetsüdamikuga induktiivpooli ekvivalentskeem (a) ja vektorskeem (b)
Jättes tähelepanuta oma mahtuvuse ja mähise mähise takistuse, saame
|
tg d m = r/(w L) |
(8.15) |
Aktiivne jõud R a:
|
R a=J2. w L. tg d m . |
(8.16) |
tg pöördväärtus d m nimetatakse kvaliteediteguriks
1Timofejev I.A.
Raua-räni sulamitel uuriti takistust dislokatsioonitiheduse ja domeeni kontsentratsiooni funktsioonina. Uuriti erikadude kasutamist magnetiseerimise induktsioonil 1,0 ja 1,5 T raua-räni sulamite Fe-4% Si ja Fe-6,5% Si puhul. Antakse vajalik praktiline informatsioon, võrdlusandmed ja katsetulemused, mille põhjal saab valida vajaliku tootmistehnoloogia. Väljatöötatud uuenduslikku magnetahelate tehnoloogiat on võimalik rakendada tehnilise lahendusena erinevate elektritoodete magnetsüsteemide valmistamisel.
Elektriseadmetes, nagu generaatorid, mootorid, generaator-mootorsüsteemid, trafod, magnetvõimendid, kontaktorite elektromagnetid ja magnetkäivitajad, on põhiülesanne elektromagnetilise energia jaotamine, võimendamine ja muundamine. See eeldab nende magnetsüsteemides väikeste kadude ja kõrge küllastusinduktsiooniga materjalide kasutamist. Nendele nõuetele vastavad kõige paremini raua-räni sulamid.
Räniga doping, mis moodustab rauaga asendustahke lahuse, põhjustab elektrilise takistuse suurenemist. Räni mõju elektrilisele takistusele määratakse järgmise ligikaudse empiirilise valemiga:
Madala elektritakistuse väärtusega raud-räni sulameid ei kasutata suurenenud pöörisvoolude tõttu laialdaselt isegi madalsagedustehnoloogias. Pöörisvoolude suurust ja suunda mõjutavad lisaks magnetsüdamiku suurusele ka selle elektritakistus, elektrivoolu sagedus ja magnetiline läbilaskvus. Seega mõjutavad magnetiliste materjalide magnetiseerimise ümberpööramisest põhjustatud pöörisvoolud spetsiifilisi elektrikadusid.
Arvutusvalemi täpsustamine
Kaasaegsed valemid konkreetsete kadude arvutamiseks annavad teatud vead. Vaatame seda näidetega.
Ferromagneti pöörisvooludest tulenevaid erikadusid üritas arvutada 1926. aastal B.A. Vvedenski. Ta pakkus välja järgmise valemi:
, (2)
kus d on plaadi paksus;
In o - magnetinduktsioon, In o =m×H o;
ω - tsükliline sagedus;
q - magnetjuhtivus.
Valem (2) määrab aga väga ligikaudselt konkreetsed pöörisvoolukaod. Vvedenski vead olid selles, et magnetjuhtivuse q väärtus tuli sisestada lugejasse, mitte nimetajasse. Lisaks oli vaja sisestada lugejasse tsüklilise sageduse väärtus mitte esimese, vaid teise astmeni, s.o. w 2 ja nimetajas oli vaja arvestada materjali tiheduse väärtust.
Huvi magnetiliste materjalide erikadude määramise vastu tekkis seoses võimalusega neid laialdaselt kasutada elektrimasinate kuumvaltsitud elektriterase loomisel. Pärast seda, kui Goss avastas 1935. aastal valtsimissuunas külmvaltsitud elektriterasest kõrged magnetilised omadused, kasvas huvi spetsiifiliste kadude uurimise vastu. Järgnevatel aastatel intensiivistuvad terase elektriliste omaduste parandamise uuringud.
Esimese ligikaudse poolfenomenoloogilise võrrandi juhtiva ferromagneti kogukadude arvutamiseks esitasid 1937. aastal Elwood ja Legg:
R täis = 
, (3)
kus B on antud sulami konstantne väärtus;
μ - magnetiline läbilaskvus;
C on B o-st ja w-st sõltumatu väärtus.
Eksperimentaalne kontrollimine näitas, et Elwoodi ja Leggi vead seisnesid selles, et lisaks Vvedensky tehtud vigadele oli vaja ligikaudsesse semifenomenoloogilisse lisada ka materjali tiheduse ja sunnijõu väärtused. võrrand (3). Sisestatud parameetrid B 0 3 ja μ 3 võrrandisse (3) moonutavad lisaks arvutustulemusi.
Ülaltoodud valem (3) ei võta arvesse materjalide magnetiliste omaduste dislokatsiooniteooriat. Mishin andis ferromagneti ümbermagnetiseerimise ajal energiakadude määratluse täpsema sõltuvuse füüsikalistest suurustest:
, (4)
kus on magnetostriktiivne konstant;
l on dislokatsiooni segmendi keskmine paksus;
δ on domeeni struktuuri paksus;
c - Burgerite vektor;
N on dislokatsioonide tihedus;
S on domeenipiiride nihutamise ala;
n on domeenide arv ferromagneti ruumalaühikus.
See sõltuvus võtab arvesse energia neeldumist domeeniseinte poolt, mille dislokatsioonisegmendid painduvad elastse välja toimel, kuid ei võta arvesse kadude hüstereesikomponenti ega materjali elektrilist takistust. See sõltuvus võimaldab aga määrata füüsikaliste suuruste järgi energiakadusid ega võimalda praktiliselt määrata tehnilistest suurustest sõltuvaid tööstuslike magnetmaterjalide erikadusid.
Praktilise valemi pöörisvooludest tingitud elektriliste erikadude tehniliste arvutuste tegemiseks pakkus välja Krug. Ta võttis suletud elektriahelate komplekti kokku võttes arvesse kõigi vooluahelate kadusid ja andis järgmise väljendi:
R = 
, (5)
kus In m - magnetinduktsiooni amplituud, T;
f- vahelduvvoolu sagedus, Hz;
d - plaadi paksus, mm;
k f - magnetinduktsiooni kõvera kujutegur;
γ on plaadimaterjali tihedus, kg/m 3;
ρ - plaadimaterjali elektriline eritakistus, Ohm×m.
Valemit (5) rakendades alahinnatakse praktiliste arvutuste tulemusi keskmiselt nelja suurusjärgu võrra, s.o. 10 4 korda.
Kuid selleks, et valem (5) oleks SI-süsteemis täielikult esindatud ja vastaks ligikaudu pöörisvoolukadude tegelikele näitajatele, on vaja valemis asendada plaatide paksus meetrites ja tühistada koefitsient 10 -10. st:
R = 
. (6)
Druzhinini tööst on teada, et hüstereesikaod on võrdelised statistilise hüstereesi tsükli pindalaga, magnetiseerimise pöördumise sagedusega ja pöördvõrdelised plaadimaterjali tihedusega ning määratakse järgmise avaldise järgi:
kus S on staatilise hüstereesi tsükli pindala, T × a/m.
Teisendades hüstereesiahela ristkülikuks, saab staatilise hüstereesi ahela pindala ligikaudselt arvutada järgmise lihtsa valemiga:
S = 4 V m × H s, (8)
kus H c on sundjõud.
Seetõttu saab konkreetsed hüstereesikaod, võttes arvesse valemit (8), määrata järgmise valemiga:
Olles määranud kaokomponendid valemitega (6) ja (9), saab leida kogu erikaod magnetiliselt pehmete materjalide magnetiseerimise ümberpööramisel:
P \u003d P in + P g \u003d 
, (10)
kus H c - sunnijõu väärtus on antud ilma dislokatsioonide tihedust ja domeenide kontsentratsiooni arvestamata.
Materjalide magnetiliste omaduste kaasaegse dislokatsiooniteooria põhjal mõjutab sunnijõudu domeeni ja dislokatsioonistruktuuride vastastikmõju. Sel juhul võib sundjõudu kujutada järgmiselt:
H c \u003d 1,5 
, (11)
Siin K on magnetilise anisotroopia konstant; δ on domeeni seina paksus; μ 0 - magnetkonstant, μ 0 \u003d 4p × 1 0 -7 Gn / m; I S - spontaanne magnetiseerumine; D on kristalliidi läbimõõt; N on dislokatsioonide voolutihedus; N umbes - dislokatsioonide maksimaalne tihedus; c 1 - dislokatsioonitiheduse suhte konstant; n on praegune domeenide kontsentratsioon; n umbes - domeenide maksimaalne kontsentratsioon; c2 on domeeni kontsentratsiooni suhte konstant.
Seetõttu saab kogu erikaod, võttes arvesse valemit (11), esitada järgmise valemiga.
P= 
. (12)
Magnetmaterjali elektritakistus on ehituslikult tundlik suurus.Kirjutame elektritakistuse sõltuvuse võrrandi dislokatsioonitihedusest ja domeenikontsentratsioonist järgmisel kujul, võttes arvesse võrrandit (1):
. (13)
kus c on koefitsient, c=0,1...0,9;
q on dislokatsioonitiheduse suhte konstant;
ε on domeeni kontsentratsiooni suhte konstant.
Magnetmaterjali elektritakistust mõjutab domeeni ja dislokatsioonistruktuuride vastastikmõju.
Uurimisobjektid ja -meetodid
Elektrilise eritakistuse määramise katsed viidi läbi Fe-4% Si ja Fe-6,5% Si sulamite silindriliste proovidega pikkusega 65 × 10 -3 m, läbimõõduga 6 + 0,2 × 10 -3 m, mille valmistamise tehnoloogia viidi läbi vastavalt meetodile. Proovide võtmine viidi läbi vastavalt standardile GOST 20559.
Elektritakistuse mõõtmine viidi läbi vastavalt GOST 25947 kirjeldatud meetodile. Seadmena kasutati R-4833 tüüpi alalisvoolu potentsiomeetrit mõõtepiiriga 1×10 -2 kuni 1×10 4 Ohm. Instrumendi täpsusklass oli 0,05.
Mõõtmismeetod seisneb konstantse elektrivoolu juhtimises läbi sulami ja pingelanguse määramises selle teadaoleva pikkusega lõigu ulatuses. Elektriline eritakistus arvutati järgmise valemi abil:
kus U on pingelang kontaktide vahel, V;
S on proovi ristlõikepindala, mm 2;
I on proovi läbiva voolu tugevus.
L - kontaktide vaheline kaugus.
Struktuursete defektide uurimine ja modifitseerimine viidi läbi proovide kiiritamisega radioaktiivsete elementide gammakiirtega, mille lainepikkus on vahemikus 1×10 -1 ¸3×10 -3 nm. Selleks kasutati statsionaarset TUR-D-1500 tüüpi röntgeniaparaati kiirgusenergiaga 150 keV.
Metallograafilised uuringud, samuti dislokatsioonistruktuuri registreerimine viidi läbi metallograafilistel mikroskoopidel MIM-8 ja Neofot-32, dislokatsioonide kontrollimiseks kasutati elektronmikroskoopi BS-613 kiirenduspingega 100 kV.
Konkreetsete elektrikadude uurimise objektideks olid proovid pikkusega 0,28 m, laiusega 0,03 m, paksusega 0,5×10 -3 m Karakteristikud võeti etteantud induktsiooni amplituudil 1,0 ja 1,5 T. Viga oli 3%.
Spetsiifiliste elektrikadude määramine viidi läbi vastavalt standardile GOST 12119 väikesel Epsteini aparaadil (proovid kaaluvad 1 kg) madalal tööstuslikul sagedusel 50 Hz. Seadet kasutati komplektis järgmiste mõõteriistadega: F-585 elektrooniline vattmeeter, GZ-34 heligeneraator, F-564 elektrooniline millivoltmeeter ja VZ-38 toru millivoltmeeter.
Eksperimentaalsed tulemused
Magnetmaterjalide füüsika jaoks on teoreetiliselt huvitav uurida dislokatsioonitiheduse mõju elektrilisele takistusele.
Eksperimentaalsed katsed on näidanud, et suure täpsusega proovide elektritakistus on struktuuriliselt tundlik neis esinevate defektide suhtes. Dislokatsioonitiheduse suurenemisega suureneb elektritakistus piisavalt. Dislokatsioonitiheduse suurenemisel ühe suurusjärgu võrra 6 × 10 11-lt 6 × 10 12 m -2-le suureneb Fe-4% Si sulami proovi elektritakistus 0,9-lt 2,2 Ohm × m-le, s.o. 2,4 korda ja Fe-6,5% Si sulami proovi puhul 1,2 kuni 2,6 Ohm × m, s.o. 2,3 korda.
Praktilist huvi pakub erikadude sõltuvuse määramine dislokatsioonide tihedusest ja räni kvantitatiivsest sisaldusest erinevatel magnetiseerimisinduktsioonidel. Dislokatsioonistruktuuri mõju erikadudele uuriti vahelduvates magnetväljades võimsussagedusega 50 Hz. Joonisel on logaritmilistes koordinaatides näidatud dislokatsioonitihedusest sõltuvate erikadude mõõtmise tulemused. Dislokatsioonitiheduse suurenemisel ühe suurusjärgu võrra 2 × 10 11-lt 2 × 10 12 m -2-le suurenevad erikaod järgmistes piirides: Fe-4% Si sulami proovi puhul magnetilise induktsiooni korral 1,5 T 3,3 kuni 9 0 W/kg, s.o. 2,7 korda, Fe-6,5% Si sulami proovi puhul 1,5 T magnetilise induktsiooni juures 1,8 kuni 5,8 W / kg, s.o. 3,2 korda; Fe-4% Si sulami proovi jaoks 1,0 T magnetilise induktsiooni juures 1,2 kuni 3,6 W/kg, s.o. 3,0 korda, Fe-6,5% Si sulami proovi puhul 1,0 T magnetilise induktsiooni juures 0,7 kuni 2,4 W/kg, s.o. 3,4 korda.
Mitte vähem praktilist huvi pakub domeenikontsentratsiooni mõju uurimine elektrilisele takistusele. Domeenide kontsentratsiooni suurenemisega 6 × 10 4-lt 6 × 10 5 m -2-le väheneb Fe-4% Si sulami proovi elektritakistus 2,3 × 10 -6-lt 0,37 × 10 -6 oomile × m, need. 6,1 korda ja Fe-6,5% Si sulami proovi puhul 3,45 × 10 -6 kuni 0,65 × 10 -6 Ohm × m, s.o. 5,3 korda.
Riis. üks. Raua-räni sulamite elektriliste erikadude sõltuvus dislokatsioonitihedusest erinevatel magnetiseerimisinduktsioonidel
1 - Fe-4,0% Si (1,5 T); 2 - Fe-6,5% Si (1,5 T);
3 - Fe-4,0% Si (1,0 T); 4 - Fe-6,5% Si (1,0 T);
Eksperimendi tulemuste arutelu
Materjali defektide kontsentratsiooni muutust saab kaudselt hinnata elektritakistuse muutumise järgi.
Vaadeldava nähtuse füüsikaline olemus on järgmine. Elektromagnetvälja toimel tekivad dislokatsioonide lõdvestused, mis erinevad vormi poolest järsult harmoonilistest siinusvõnkudest. Vabade elektronide intensiivne liikumine metallis toob kaasa energia hajumise elastsetest kokkupõrgetest dislokatsioonidega ja viimaste ergutamiseni. Viimased takistavad elektrivoolu läbimist läbi metalli, suurendades seeläbi elektrilist takistust. Seetõttu põhjustab sulamis mis tahes tüüpi dislokatsioonide esinemine elektrilise takistuse suurenemist ja nende vähenemine vähendab elektrilist takistust. Seega, kui dislokatsiooni tihedus suureneb ühe suurusjärgu võrra, suureneb elektritakistus Fe-4% Si sulami proovi puhul 2,4 korda ja Fe-6,5% Si proovi korral 2,3 korda.
Erikadude suurenemine toimub dislokatsioonide tiheduse suurenemise tõttu. Kuid dislokatsioonitiheduse suurenemisega, mis viib struktuuri halvenemiseni, muutuvad domeeniseinte nihkumise protsessid, mis toimuvad madalama magnetiseerimise induktsiooni korral, raskemaks. Selline dislokatsioonitiheduse suurenemine mõjutab domeeni seina pöörlemise protsesse, mis toimuvad kõrge magnetiseerimise induktsiooni korral väiksema kordsusega. Seega, kui sulami struktuur halveneb dislokatsioonide suurenenud tiheduse tõttu, siis kadude P 10/50 suurenemine toimub suurema kordsusega kui kadude P 1,5/50 korral.
Vaatleme domeeni kontsentratsiooni mõju konkreetsetele kadudele. Aastal esitatud fragmentaarsed andmed on vastuolulised. Andmete järgi oli ruutlõike varras vaid kaks domeeni. Pöörisvoolukaod olid mitu korda suuremad kui need, mis arvutati ilma proovi domeenistruktuuri osaluseta. Vastavalt sellele oli lehe paksuses neli domeeni. Pöörisvoolude energiakaod olid 1,5 korda suuremad kui üldtuntud valemiga (5) arvutatud.
Süstemaatilised uuringud on näidanud, et domeenide kontsentratsiooni suurenemisel ühe suurusjärgu võrra väheneb Fe-4% Si sulami proovi elektritakistus 6,1 korda ja Fe-6,5% Si sulami proovi puhul 5,3 korda. mis kokku põhjustab 1,0 T magnetiseerimise induktsiooni korral elektriliste erikadude suurenemist Fe-4% Si sulami proovi puhul 3,0 korda ja Fe-6,5% Si sulami proovi puhul 3,4 korda ning induktsiooni korral magnetiseerimine 1,5 T kuni erikadude suurenemiseni Fe-4% Si sulami proovi puhul 2,7 korda ja Fe-6,5% Si sulami proovi puhul 3,2 korda.
järeldused
1. Magnetmaterjalide erikadude arvutusvalem on tuletatud sõltuvalt dislokatsioonitihedusest ja domeeni kontsentratsioonist.
2. On kindlaks tehtud, et dislokatsioonitiheduse suurenemisel ühe suurusjärgu võrra suureneb elektritakistus Fe-4% Si sulami proovi puhul 2,4 korda, Fe-6,5% Si sulami proovi korral 2,3 korda. ja domeenide kontsentratsiooni suurenemisega ühe suurusjärgu võrra väheneb elektriline eritakistus Fe-4% Si sulami proovi puhul 6,1 korda ja Fe-6,5% Si sulami proovi korral 5,3 korda, mis kokku toob kaasa magnetiseerimise induktsioon 1,0 T kuni erikadude suurenemiseni Fe-4% Si sulami proovi puhul 3,0 korda, Fe-6,5% Si sulami proovi puhul 3,4 korda ja magnetiseerimise induktsiooni 1,5 T korral Fe-4% Si sulamist valmistatud proovi erikadude suurenemine 2,7 korda, Fe-6,5% Si sulamist valmistatud proovi puhul 3,2 korda.
BIBLIOGRAAFIA:
- 1. Druzhinin V.V. Elektriterase magnetilised omadused. M.: Energia, 1974. - 239 lk.
- 2. Vvedensky B.A., ZhRFKhO, osa nat. 58 241 (1926).
- 3. Coss N.P. Elektriliste ribateraste uusarendus, mida iseloomustab peeneteraline struktuur, mis läheneb monokristalli omadustele. - TASM, 1935, VI, v. 23, nr 2, lk. 511-544
- 4. Elwood W.B., Legg V.E., J. Appl. Phys. 8, 351 (1937).
- 5. Mishin D.D. magnetilised materjalid. M.: Kõrgkool, 1991. - 384 lk.
- 6. Krug K.A. Elektrotehnika alused. - M.-L.: ONTI, 1936.
- 7. Timofejev I.A. Kaasaegsed teadusmahukad tehnoloogiad. - 2005. - nr 11. - S. 84-86.
- 8. Mishin D.D., Timofejev I.A. Elektritootmise tehnoloogia. - 1978. - nr 1 (104). - S. 1-3.
- 9. Williams H., Shockly W., Kittel C. Ferromagnetilise domeeni piiri levimiskiiruse uuringud. - Phys. Rev., 1950, v. 80, nr 6.
- 10. Polivanov K.M. Elektrotehnika teoreetilised alused. 4. III. Moskva: Energeetika, 1969.
- 11. Timofejev I.A., Kustov E.F. Izvestija vuzov. Füüsika. - 2006. - nr 3. - S. 26. -32.
Bibliograafiline link
Timofejev I.A. KONKREETSED KAOTUSED FERROMAGNETIS // Teaduse ja hariduse kaasaegsed probleemid. - 2007. - nr 6-1 .;URL: http://science-education.ru/ru/article/view?id=753 (juurdepääsu kuupäev: 01.02.2020). Juhime teie tähelepanu kirjastuse "Looduslooakadeemia" poolt välja antud ajakirjadele
