Nr grupy		Data
Nr ćwiczenia	POMIAR STRATNOŚCI APARATEM EPSTEINA	Ocena

Cel ćwiczenia.

Poznanie metody pomiaru stratności blach i wyznaczenie zależności indukcji od natężenia pola magnetycznego przy użyciu aparatu Epsteina.

Wiadomości teoretyczne.

Całkowite straty występujące przy magnesowaniu prądem zmiennym składają się

ze strat z histerezy /P_h/ i z prądów wirowych /P_w/.

Ich wartość wyraża się wzorami:

P_h=η f B^k_m

P_w= ε /K_k f B_m
/²

η - współczynnik zależny od materiału /zmienia się w granicach 0.001÷0.03/

f - częstotliwość w[Hz]

B_m - wartość indukcji /szczytowa/

k - współczynnik /dla indukcji 1500-12000 Gs wynosi 1.6/

- współczynnik zależny od przewodności stali

K_k - współczynnik krzywej indukcji

- grubość blach

Zazwyczaj dla określenia gatunku blach podaje się stratność w W/kg przy indukcji

1 lub 1.5
. Ze względu na to, że straty są zależne od kształtu krzywej. Pomiar

stratności blach przy użyciu aparatu Epsteina opiera się na pomiarze watomierzem

mocy zużytej na pokrycie strat próbki blach przy magnesowaniu jej prądem zmiennym.

Aparat Epsteina składa się z czterech jednakowych cewek, każda o dwóch uzwojeniach:

napięciowym z₂ /wtórnym/ i magnesującym z₁ /pierwotnym/, nawiniętym na

rurkach z materiału elektroizolacyjnego o przekroju kwadratowym /aparat 50cm/ lub

prostokątnym /aparat 25cm/. Cewki aparatu ustawione są w czworobok na wspólnej

płycie z materiału elektroizolacyjnego, zaopatrzonej na rogach w zaciski umożliwiające

dociskanie do siebie blach próbki, które wkłada się do wnętrz cewek.

Uzwojenie pierwotne łączymy szeregowo i analogicznie uzwojenie wtórne /z₁=z₂/.

Uzwojenie pierwotne zasilane jest napięciem regulowanym przez zmianę autotransformatorem. Nie należy stosować do regulacji oporników ze względu na odkształcenie krzywej napięcia.

W szereg z uzwojeniem pierwotnym przyłączone są amperomierz i cewka prądowa watomierza. Na schemacie /rys 1/ uwidoczniono 2 amperomierze /o różnych zakresach/, z których jeden zależnie od wartości natężenia prądu włącza się w obwód przełącznikiem. Uzwojenie wtórne zasila woltomierze V₁ i V₃ oraz cewkę napięciową watomierza. Woltomierze V₂ i V₁ są woltomierzami wartości skutecznej /przy dokładnych pomiarach elektrodynamicznych/. Woltomierz V₃-magnetoelektryczny o prostowniku wyskalowanym w wartościach skutecznych. Watomierz wskazuje moc traconą na histerezę i prądy wirowe. Dzięki zasilaniu cewki napięciowej z uzwojenia wtórnego eliminuje się straty w miedzi uzwojenia pierwotnego.

Rys.1 Pomiar strat w żelazie aparatem Epsteina.

1. POMIARY STRATNOŚCI.

Wyznaczyć dla danej próbki blach zależność stratności od wartości indukcji i przedstawić na wykresie zależność indukcji od natężenia pola magnetycznego. Po zestawieniu układu połączeń wg rys.1 rozmagnesowujemy najpierw próbkę blach, włączając uzwojenie do sieci prądu zmiennego i zmieniając natężenie prądu od zera do wartości maksymalnej, a następnie znów do zera. Sprawdzamy odpowiedni dobór mierników oraz kontrolujemy wzajemny docisk blach. Przy doborze dociśniętych blach prąd pobierany maleje. Pomiary przeprowadzamy zmieniając natężenie prądu od zera do wartości, przy której napięcie po stronie wtórnej osiągnie wartość odpowiadającą nasyceniu stali /napięcie wzrasta nieznacznie mimo znacznego wzrostu natężenia prądu/.

Odczyty mierników i wyniki obliczeń zestawiamy w tabelce.

Przed rozpoczęciem właściwych pomiarów notujemy dane dotyczące aparatu Epsteina i badanej próbki blach:

z_1, z₂ - liczba zwojów

l - długość pasków próbki

σ - ciężar właściwy badanej próbki blachy

m - ciężar próbki

Najpierw odczytujemy wskazania woltomierzy V₁, V₂, V₃, otwieramy wyłącznik W i dla

tej samej wartości V₁ odczytujemy wskazania watomierza.

L.p.

Pomiary

Obliczenia

I

U1

U2

U3

f

Pw

Kk

B

H

μ

P

Pb

A

V

V

V

Hz

W

-

W

1

2

3

4

5

6

7

I - wskazania amperomierzy A₁ lub A₂ zależnie od wartości prądu.

U₁, U₂, U₃ - wskazania woltomierzy V₁, V₂, V₃

F - częstotliwość

P_w - wskazania watomierza

K_k - współczynnik kształtu krzywej napięcia K_k=
=

B - indukcja w stali w Wb/m², 1Wb/m²=1000 Gaussów/ 1Tesla/

B=
=

φ=
[Wb]

s=
[m²]

dla aparatu 50cm /f=50, . =50, z₂=600/

B=

we wzorach tych E=U₂

z₂ - liczba zwojów uzwojenia wtórnego

f - częstotliwość

l - długość pasków próbki /50cm/

σ - ciężar właściwy badanej blachy w G/cm³ ;jeśli nie ma danych odnośnie do ciężaru

właściwego blach, oblicza się go wg wzorów:

w przypadku blachy wytrawionej

σ=7,865 - 0,065 n

w przypadku blachy nie wytrawionej

σ=7,83 - 0,067 n

w których n - procentowa zawartość krzemu

m - ciężar próbki w kg /ok. 10kg/

H - natężenie pola magnetycznego wytworzonego przez prąd płynący w uzwojeniu

pierwotnym

H=1,41
[A/m]

gdzie l₁ długość obwodu magnetycznego w metrach

μ - przenikalność magnetyczna ; μ=
[H/m]

P - moc strat w żelazie

P =/P_w -
/ /1+
/

gdzie P_w - moc wskazana przez watomierz

R_wv - oporność cewki napięciowej watomierza

d - poprawka uwzględniana, gdy współczynnik kształtu krzywej napięcia różni

się więcej niż o1% od wartości 1.11 /w ćwiczeniu pominąć /

P_b - stratność

P_b =
[W/kg]

gdzie m - ciężar próbki w kg

Na podstawie tabelki wykreślamy B =f(H), μ =f(H), oraz P_b =f(B). Z wykresu odczytujemy wartości strat na 1kg dla indukcji 1i 1,5 Wb/m² /1÷1,5 T/

P_{b 1}=. . . . . . . W/kg

P_{b 1,5}=. . . . . . . W/kg

Uwagi, obliczenia, charakterystyki, wnioski.

(Załącznik. Tabele materiałów magnetycznych)

1

54

---