STUDIUL CICLULUI DINAMIC DE HISTEREZIS MAGNETIC

1. Scopul lucrării

Se vizualizează la osciloscop ciclul dinamic de histerezis magnetic B=f(H), pentru doua eşantioane de materiale feromagnetice moi: ote1 (OLT35) si ferita (Mz5), determinându-se mărimile caracteristice: inductanţa de saturaţie (Bsat), câmpul maxim (Hsat), inducţia remanenta (Br) si câmpul coercitiv (Hc).

2. Chestiuni teoretice

2.1. Fenomene neliniare si de histerezis magnetic in materiale

Specific materialelor feromagnetice este caracterul neliniar si, de cele mai multe ori, neunivoc al răspunsului lor la acţiunea solicitărilor exterioare de natura magnetica. Astfel daca se aplica unui material feromagnetic, iniţial nemagnetizat, un câmp magnetic exterior H monoton crescător de la zero, se obţine pentru inducţia magnetica B=f(H) o dependenta univoca neliniara numita curba de prima magnetizare.

In cazul unei creşteri discrete a câmpului magnetic, in aceleaşi condiţii, curba obţinuta se numeşte curba fundamentala de magnetizare (Fig. 1).

In fiecare punct al acestor curbe, punct de coordonate (H i, Bi) se poate defini permeabilitatea magnetica relativa.

unde este permeabilitatea magnetica a vidului.

Pentru majoritatea materialelor feromagnetice moi permeabilitatea magnetica are un maxim , care corespunde punctului de inflexiune al curbei fundamentale de magnetizare, după care, la o creştere in continuare a solicitării (a câmpului magnetic), scade asimptotic la valoarea 1 (materialul se demagnetizează) – fig. 1, curba .

Deoarece la materialele feromagnetice, magnetizarea lor ulterioara depinde de starea anterioara de magnetizare, deci de istoria solicitării – fenomen numit histerezis magnetic – studiul magnetizării se face la o variaţie ciclica a câmpului magnetic intre +Hmax , 0, -Hmax, 0, +Hmax. Se obţine o curba închisa numita ciclu de histerezis.

Pentru acelaşi material se pot trasa diverse cicluri de histerezis, corespunzător diverselor valori Hmax, ciclul pentru care se obţine saturaţia materialului se numeşte ciclul limita de histerezis (fig. 2) si este determinat de valorile caracteristice: inducţia de saturaţie (Bsat), câmp magnetic maxim (Hsat), inducţia remanenta (Br) si câmp coercitiv (Hc).

Fig. 1. Curba fundamentala de magnatizare

Fig. 2. Ciclul limita de histerezis magnetic

In regim dinamic de magnetizare permeabilitatea magnetica relativa este numita permeabilitate dinamica, cu valori mai mici decât cea statica:

,

unde: Bmi, Hmi sunt coordonatele vârfurilor ciclurilor dinamice de histerezis.

2.2. Metoda osciloscopului catodic de vizualizare a ciclului dinamic de histerezis magnetic

Metoda osciloscopului catodic consta in aplicarea pe plăcile de deflexie verticala Y a osciloscopului a unei tensiuni uY, proporţionale cu inducţia magnetica B din proba, iar pe plăcile de deflexie orizontala X a unei tensiuni uX proporţionale cu intensitatea câmpului magnetic H aplicat probei (Fig. 3).

Pentru aceasta s-au confecţionat din materiale de studiat cate un eşantion de forma toroidala, de lungime medie lm si secţiune A pe care s-au bobinat cate o infasurare de magnetizare w1 spire si alta de măsura cu w2 spire.

Alimentând bobina de magnetizare cu un curent se produce un câmp magnetic H care determina in proba o inducţie B, dependenta B=f(H) obţinuta fiind ciclul dinamic de magnetizare.

Un punct de pe ciclu va avea coordonatele:

unde: - Hm, Bm – amplitudinea câmpului magnetic, respectiv a inducţiei magnetice;- R1, R – rezistentele introduse in circuitul de magnetizare, respectiv măsura;- C – capacitatea condensatorului din circuitul integrator RC;- CX, CY – coeficienţii de deviaţie ai osciloscopului;- NX, NY – numărul de diviziuni de la vârf la vârf de pe ecranul osciloscopului pe

orizontala, respectiv pe verticala;- CH, CB – constante de măsurare a câmpului magnetic si a inducţiei magnetice.

3. Scheme electrice

In Fig. 3 este prezentata schema electrica de principiu iar in Fig. 4 se prezintă schema electrica de montaj in care s-au utilizat modulele MD1, MM1, MV5, MA7 si MHM.

Fig. 3. Schema electrica de principiu

Fig. 4. Schema electrica de montaj

4. Determinări experimentale

Se executa schema electrica de montaj din Fig. 4 in care la început toate intreruptoarele sunt deschise, comutatorul a6 (MHM) este pe poziţia 0 si autotransformatorul m0 (MT4) pe poziţia de tensiune minima.

Pentru ridicarea ciclului de histerezis al probei din otel carbon tip OLT 35 se pune comutatorul a6 (MHM) pe poziţia 2.

Se alimentează osciloscopul si de reglează luminozitatea acestuia. Se închid intreruptoarele automate a1, a0 (MD1), a4, a5 (MM1) si se creste tensiunea de

alimentare prin rotirea cursorului autotransformatorului m0 (MT4) urmărindu-se ampermetrul MA7

si ecranul osciloscopului. Pentru ca mărimea buclei de pe ecran sa fie vizibila este necesar sa se reducă valoarea coeficienţilor de deviaţie, conform valorilor indicate in tabelul 1.

La o anumita valoare a tensiunii bucla începe sa se deformeze (începe saturaţia magnetica).Pentru ciclul limita obţinut se citesc numărul de diviziuni de la vârf la vârf pe orizontala (NX) si

verticala (NY) corespunzător valorilor constantelor de măsura ale osciloscopului CX si CY.Datele se trec in tabelul 1.Pentru ridicarea ciclului dinamic pentru cealaltă proba se aduce pe poziţia 0 autotransformatorul

m0 (MT4). Se pune comutatorul a6 (MHM) pe poziţia 3 corespunzător introducerii in circuit a probei de ferita Mz5.

Scoaterea de sub tensiune se face prin aducerea la minim a cursorului autotransformatorului m0 (MT4) si punerea pe poziţia de zero a comutatorului a6 (MHM).

Tabelul 1

Proba Constante Câmpcoercitiv

Inducţie remanenta

Valorile la saturaţieHsat Bsat

OLT 35 CH = 320,2CB = 12,5CX = 1 V/divCY = 0,02 V/div

NX =

HC =

NY =

Br =

NX =

Hsat =

NY =

Bsat =

Mz5CH = 77,7CB = 2,7CX = 1 V/divCY = 0,02 V/div

NX =

HC =

NY =

Br =

NX =

Hsat =

NY =

Bsat =