磁性材料基本磁化曲线的测量Word格式.docx
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式中S为试样的截面积。
常用的测量装置见图1所示,图中:
T~220——去磁用交流调压器220/0~250V,500VA;
A——监视去磁电流用的交流安培表,选用量程1A;
E——直流稳压电源;
R2——多档可选电阻;
a.——磁轭。
截面积为4900mm2;
b.——试样。
截面积S=100mm2,试样的有效长度L=230mm;
W1——试样的磁化绕组。
2000匝(由红色接线柱引出);
W2——磁测试线圈。
30匝(由黑色接线柱引出);
mA——直流毫安表;
Φ——数字磁通计,选用量程10mWb;
K1、K2、K3一双刀双向开关;
图1冲击法测量铁磁材料基本磁化曲线的原理图
2.实验装置使用介绍
图2实验装置的面板图
在实验装置图2中,交流回路已经接线完毕,无需用户接线。
只需将直流励磁回路按图1接线即可。
其中稳压电源输出控制在10V以内;
滑线变阻器R2换用多当电阻选择开关来代替,分为18档,“ON”为电阻接通、“OFF”为电阻短路(1档电阻最小——电流最大,18档电阻最大——电流最小,每次调节磁化电流时,只能有1个档位的电阻置于ON上)。
三、实验内容与步骤
1.基本磁化曲线的测量
(1)按图1电路在实验装置上接线。
注意:
交流回路已在装置内部接好,无需用户接线;
(2)退磁;
K1合向AC,将交流调压器从0增大调节使监测用交流安培表回路中的去磁电流不超过1A,再缓慢调节输出至0V,以此对试样进行退磁;
(3)调节磁化电流:
K3合向短路,K1合向DC,K2合向任一方。
选择多档电阻选择开关R2的档位1在ON上,其它档位2~18均置于OFF上,调节磁化电流为某一确定的的值(磁化电流范围从250mA~10mA)。
(4)磁锻:
K1合向DC。
把K2反复合向“上”和“下”(),使试样磁锻循环在10次以上,最后K2合在“上”(对应图3所示磁滞回线上a点)或“下”(对应图3磁滞回线所示上a1点)上。
(5)K3合向测量,把K2由“上”(或“下”)断开(Hm→0,a→b),同时读出数字磁通计的读数值,此时与成正比;
(6)数字磁通计复位清零稳定后,把K2从断开位置合向“下”(或“上”)(0→-Hm,b→a1),同时读出数字磁通计的读数值,此时与成正比;
(7)根据上述现象和测量结果;
利用式
(1)、
(2)求出Bm和Hm以及μ的数值;
(8)分别选择多档电阻选择按钮R2的不同档位2~18,调节磁化电流重复步骤
(1)~(7),测出另一组Bm、Hm和值。
要求最小值测量到10mA,共测量18组值,将结果分别填入表1,并绘出基本磁化曲线(Bm~Hm曲线)。
图3磁滞回线
表1基本磁化曲线的测试数据
Im(mA)
(mWb)
Im(A)
四、报告要求
1.简述磁材料静态磁特性的测试原理;
2.填写实验数据表格,根据测试基本磁化曲线的数据,画出给定铁磁材料基本磁化曲线、磁导率曲线,并求出相应最大磁导率μ;
3.回答思考题。
五、思考题
1.在实验过程中,若实验步骤操作出错,应重新哪些操作?
2.如何较为准确地找出最大磁导率μm的值?
3.根据电路中各参数和实验要求,如何确定出应取的十八个电阻值,使测试点在基本磁化曲线上的均匀分布?
六、注意事项
1.实验前,应根据铁磁材料的磁性质,将实验步骤中各开关前后动作的次序从道理上弄清楚,并熟练掌握;
2.电阻R2是测量过程中调节磁化电流的电阻。
实验时,为了确定最大磁化电流为250mA,应现将电阻R2置于1档的ON上,调节稳压电源的输出电压,再改变电阻R2的各个档位进行测量。
七、实验设备
1、磁轭及铁磁材料试样自制1套W1=2000匝W2=30匝
2、实验装置自制1套
3、数字磁通计HT7001台
附录:
HT700型数字磁通计的操作方法
1.打开电源,LED显示器点亮,预热5分钟;
2.按下测量按键,按下所需量程(若不能预先得知测量范围,则应从高量程档开始测量);
3.漂移调节:
按下测量键后,LED显示器会出现数字,并从正向(或负向)方向一直增加(这是积分器漂移也被累加的缘故)。
先将输入端短路,用调零电位器对漂移进行调节,如数值变化慢则表示调节方向正确,否则需反向调节,直至数值变化相当慢(甚至不变),直至显示为零。
4.测量:
A.积分信息测量,按“复位”开关,输入一次电压脉冲信号,看清该脉冲信号被积分后的电压读数,随即按复位键;
B.峰值保持测量,按下“保持”键,按一下复位快关后,输入一组需保持最大值的电压脉冲信号,该积分后的电压最大值读数即被保持,如需去掉原来读数,则按“复位”开关,显示即为零。
C.在测量过程中进行漂移调节是必须的。
5.读数方法:
满磁通量程时显示为1000,如显示不到1000说明没有满量程。
例如:
量程为10-2Wb,而显示900,则磁通量Ψ=0.9×
10-2Wb=900×
10-2Wb。
电气量的测量
一、实验目的:
1.学习交流电压、电流和功率的测量方法;
2.了解电压变送器、电流变送器的工作原理和使用方法;
3.对实验装置组成的测试系统进行电压和电流的标定;
4.对给定的负载电压和电流进行满量程校验,对给定的三个负载的有功功率进行测量。
二、实验原理:
1.交流电压参数的测量
1.1交流电压的主要参数
1)瞬时值:
T0为交流电的周期;
2)幅值:
在一个周期内T达到正的最大值称为幅值。
3)平均值:
(1)
当有直流分量时,对纯正弦交流电压,平均值就等于该直流分量。
当无直流分量时,平均值为零。
在实用中是对u(t)的绝对值进行平均。
所以:
4)有效值:
交变电压u(t)的均方根称为有效值(又称真有效值)。
1.2交流电压参数的测量方法
交流电压参数的测量一般分传统的仪表测量和计算机测量两种方法。
采用传统的交流电压表测量,一般显示值为被测电压的有效值。
根据仪表的工作特性,一般分为平均响应型和有效值响应型两种。
●平均响应型仪表是把被测电压经平均值转换电路变成与u(t)的平均值成正比的直流电压,然后乘上特定的波形系数变换成被测电压的有效值。
此类仪表显然只适用于特定的波形(一般为正弦波)的有效值测量。
而对非正弦波,会因波形系数的变化而引起误差。
●有效值响应型电压表是利用热电变换或有效值检波电路,将U(t)变换成与其有效值成正比的直流电压,然后计算显示。
此类仪表不仅适用于测量正弦波,而且也适用于测量非正弦波。
通常讲的真有效值电压表就是指此类仪表。
在交流电压测量中,交流电压的频率f对仪表误差的影响很大。
保证仪表基本误差的频率范围称之为仪表的工作频带。
采用计算机测量交流电压参数,由于能够采集显示被测信号的完整波形,能同时测量各种参数,且准确度较高。
这是传统仪表无法比拟的。
1.3计算机测量交流电压参数的原理
1)频率的测量
频率的测量是通过计算信号的过零点来实现的。
将采集到的被测信号去掉直流分量,然后寻找其过零点,则得到信号频率为:
式中:
pot_0为一个周期的采样点数,为采样周期。
2)有效值测量
根据有效值的定义式:
可得有效值的离散计算式:
式中,N为信号在一个整周期内的采样点数。
3)平均值测量
根据式
(1)式,可得平均值的离散计算公式:
此外通过相应程序的编制,极易实现信号峰值、交流分量的有效值、直流分量等参数的测量。
2.功率的测量
2.1变送器原理概述
变送器原理框图如图1所示。
变送器的输入信号可以是电量的(如电压、电流),也可以是非电量的(如压力、温度)。
其内部主要包含传感器、前置放大器及输出电路三部分。
传感器将待测的非电量信号转换为电信号,经前置放大器放大后,通过输出电路转换成1~5V标准电压或4~20mA标准电流信号。
图1变送器原理框图
2.2功率的测量
负载功率与电压、电流的关系式为:
其中:
、分别为交流电压、电流的有效值,为有功功率,为电压和电流的相位差。
当负载为纯阻性时,=1。
可知,电流和电压的有效值离散计算式分别为:
N为电压/电流信号在一个周期内的采样点数,ik、uk分别为采集到的电压、电流信号在第k个时刻的采样值。
则负载功率的离散计算式为:
为有功功率,N信号在整周期内的采样点数。
、分别为整周期内交流电压、电流的采样值。
3.相位的测量
3.1过零法测量原理
过零法即通过判断两同频率信号过零点时刻,计算其时间差,然后转换为相应相位差。
这一过程可用图2表示。
Δφ=△t/T*360
图2过零法计算相位差的示意图
其中:
△t为过零点时差;
T为信号周期
在软件实现时,信号被采样离散化而用一组数表示,△t即与数组元素的序号之差有关。
假设信号1过零点对应数组第i个元素,信号2的过零点对应其数组第j个元素,则有
Δφ=(j-i)*t/T
t为采样周期。
实际上,在程序的算法实现中,过零点的判断本身就存在误差,因为实际信号采集几乎无法准确采集到零点时刻,我们是通过信号前一时刻和后一时刻的值的变化来判断过零点的,通常依据两值乘积为小于等于零来判断,因此过零法本身就有一定的误差。
3.2FFT频谱分析法原理
FFT法求相位差,即对信号进行频谱分析,获得信号的相频特性,两信号的相差即主频率处相位的差值,所以这一方法是针对单一频率信号的相差测量的。
在有限区间(t,t+T)内绝对可积的任一周期函数x(t),它的傅里叶级数展开式为
同时x(t)可以表示为
比较上式可得:
由此可得,两信号的相位差为
此方法基于连续信号离散化处理的离散傅利叶变换(DFT),FFT是DFT的一种快速算法。
它要求所处理的数据总数为2n,因而对采集的数据总数有要求,另外要求采样必须满足“采样定理”,否则发生频谱混叠。
3.3相关法原理
设有两同频信号x(t)和y(t),可表示为
x(t)=Asin(ωt+θ)+Nx(t),y(t)=Bsin(ωt+θ+φ)+Ny(t),
其中Nx(t),Ny(t)为噪声信号,φ为两信号相差。
则两信号的互相关函数为:
由于噪声与信号不相关,而且