Materiale ferimagnetice si bobine

MATERIALE FERIMAGNETICE

SCOPUL LUCRARII

Scopul acestei lucrari este acela de a evidentia caracteristicile materialelor ferimagnetice, folosind diferite bobine. Lucrarea cuprinde mai multe sectiuni, in functie de caracteristica analizata.

1. Caracterizarea materialelor feromagnetice(Fe-Si) la semnal mic si dependenta de frecventa a permeabilitatii magnetice relative complexe

- Consideratii teoretice

Aceasta sectiune are la baza conceptul ca oricarui miez magnetic ii este asociata o permeabilitate complexa, data de formula: μ=μ'-jμ''.

La o frecventa data (ω/2π), permeabilitatea complexa poate fi calculata cu urmatoarea formula:

, unde L si L₀ sunt inductantele cu si fara miez ale aceleiasi bobine, r₀ este rezistanta de pierderi prin efec joule, iar r este rezistenta echivalenta serie a bobinei cu miez.

Factorul de calitate al materialului este definit ca Q_m =μ'/μ''.

- Prezentarea rezultatelor

Vom folosi 3 bobine cu aceeasi geometrie a bobinajului si acelasi numar de spire: L_m1 (cu miez magnetic format din tole E+I introduse intretesut), L_md (pe o parte sunt introduse tolele E, iar pe cealalta tolele I) si L_m0 (nu are miez magnetic).

Conectam pe rand bobinele la bornele puntii de masura si pentru diferite frecvente notam valoarea rezistentei serie echivalente. Apoi calculam pentru bobinele L_m1 si L_md partile reale si imaginare μ' si μ'', respectiv μ_ef' si μ_ef''.

In continuare reprezentam grafic dependentele μ'(f), μ''(f), Q_m(f), μ'_ef(f), μ''_ef(f), Q_mef(f).

μ'

f (kHz)

f (kHz)

Q

f (kHz)

- Concluzii

Din graficele rezultate se poate observa ca intre cele doua bibine cu miez exista niste diferente:

- partea reala a permeabilitatii magnetice este in scadere (pe masura ce creste frecventa) in cazul bobinei cu tole introduse intretesut (L_m1), pe cand in cazul bobinei cu tolele E introduse pe o parte si cele I pe alta parte (L_md), este in crestere.

- partea imaginara a permeabilitatii magnetice scade in timp ce frecventa creste pentru bobina L_m1, in timp ce pentru bobina L_md este aproximativ constanta.

- factorul de calitate creste o data cu frecventa pentru anbele bobine.

Rezultatele obtinute au fost afectate de erori provenite din rotunjirea calculelor si imprecizia masuratorilor efectuate, imprecizie cauzata de diferite efecte parazite.

2. Permeabilitatea complexa relativa a feritelor

- Consideratii teoretice

Masuram valorile inductantei unei bobine cu miez si fara miez, pentru a putea determina partea reala a permeabilitatii magnetice a miezului. Pentru determinarea partii imaginare luam in considerare factorul de calitate.

Pentru masuratori avem nevoie de un circuit magnetic inchis si pentru aceasta folosim o oala de ferita in interiorul careia este o bobina L_m1 cu N= 12 spire. Bobina L₀₁ va fi identica, dar nu va avea miez..

- Prezentarea rezultatelor

Determinam capacitatea parazita a bobinei L_m1 , utilizand Q-metrul. Pentru aceasta facem acordul la 2 frecvente, notam capacitatea condensatorului intern in tabel si apoi calculam valoarea capacitatii parazite cu formula:

Estimam frecventa proprie de rezonanta a bobinei cu miez, masurand intai inductanta L_j la frecventa de 20 Hz. Obtinem ca L_j =178,62 μH, iar frecventa proprie de rezonanta o calculam cu formula:

. Din calcule rezulta ca =87,444 KHz.

In continuare completam tabelul cu masuratori si calcule, folosind formulele:

; ; ; ω=2πf ; Q_m=μ'/μ''

Reprezentam grafic dependentele: μ'(f), μ''(f), Q_m(f).

μ'

f (kHz)

μ''

f (kHz)

Qm

f (kHz)

- Concluzii

In cazul feritelor se poate observa ca partea reala a permeabilitatii magnetice relative scade pe masura ce creste frecventa, pana la o valoarea a frecventei la care devine foarte apropiata de 0. Permeabilitatea relativa imaginara creste atunci cand creste frecventa, iar factorul de calitate, la fel ca si permeabilitatea reala, scade pana la o anumita valoare incepand de la care scaderea este mult mai putin vizibila, iar valoarea tinde catre 0.

Ca surse de erori pot fi mentionate aproximarile numerice si imperfectiunile bobinelor.

3. Masurarea permeabilitatii reversibile

- Consideratii teoretice

Folosim o bobina cu miez inchis si 2 infasurari (primar si secundar) si determinam inductanta infasurarii primare la diferite valori ale intensitatii campului magnetic in miez. Pentru a varia intensitatea campului magnetic, variem intensitatea unui curent continuu aplicat infasurarii secundare. Ne propunem sa calculam permeabilitatea relativa.

- Prezentarea rezultatelor

Utilizam o bobina cu miez de ferita toroidal cu D=23 mm, d=11 mm si h=6 mm, cu 2 infasurari: cea primara cu N_p=25 spire si cea scundara cu N_s=25 spire. Infasurarea primara se noteaza L_m2 si reprezinta inductanta de masurat. Injectam un curent continuu in infasurarea secundara cu un generator de curant constant. Intensitatea curentului se modifica dintr-un potentiometru si se masoara cu un miliampermetru. La frecventa de 50 kHz se efectueaza masuratori ale impedantei pentru diverse valori ale intensitatii curentului. Completam tabelul cu masuratori si calcule.

Pentru a calcula H si μ'_rev am folosit cateva relatii de calcul, dupa cum urmeaza:

, unde . In cazul de fata, l_e=2π(11,5+5,5)/2=53,38 mm.

, unde L₀₂ este valoarea inductantei infasurarii primare considerate fara miez, iar . Stiind ca A_e=h(r₂-r₁)=6(11,5-5,5)=36 mm², obtinem ca

L₀₂=(4 *10^-7*625*36*10^-6)/(53,38*10^-3) H= 0,529 H.

In continuare reprezentam grafic '_rev(H)

- Concluzii

Pe baza graficului se observa ca permeabilitatea reversibila scade pe masura ce creste intensitatea campului magnetic.

Erorile rezultatelor provin din aproximarea unor formule, rotunjirea calculelor, fixarea aproximativa a intensitatii curentului de catre utilizator.

4. Masurarea permeabilitatii aparente

- Consideratii teoretice

Principiul de masura este acelasi cu cel din prima sectiune. Ceea ce ne propunem este sa determinam inductanta si factorul de calitate pentru trei bobine, dupa cum urmeaza: o bobina fara miez (L₀₁), aceeasi bobina cu miez tip bara (L₀₂) si aceeasi bobina cu miez tip cadru (L₀₃).

- Prelucrarea rezultatelor

Masuram pentru fiecare bobina in parte inductanta si rezistenta serie echivalenta pentru diferite valori ale frecventei. Apoi calculam partile reale si imaginare ale permeabilitatii aparente complexe relative cu urmatoarele formule:

- Concluzii

Se poate observa ca indiferent de miezul folosit, permeabilitatile aparente reale sau imaginare au valori aproximativ constante pentru frecvente mari.

Ca surse de erori putem mentiona aproximarea calculelor, inregistrarea unor valorii medii ale inductantelor si rezistentelor bobinelor, precum si imperfectiunile constructive ale bobinelor.