What does a B-H curve tell you about magnetic material?

A B-H curve shows the relationship between magnetic flux density (B) and magnetic field strength (H) for a core material. It identifies the magnetic saturation limit, where additional current no longer increases magnetic flux. The curve also reveals hysteresis loss, which is the energy dissipated as the material is magnetized in positive and negative directions.

Why is steel commonly used in transformer cores?

Steel is preferred for transformer cores because it exhibits lower hysteresis loss compared to other magnetic materials. This property reduces energy dissipation during magnetization cycles. Steel also has a high magnetic saturation point, making it suitable for handling the magnetic flux demands in transformers used throughout power distribution systems.

How is relative permeability calculated from a B-H curve?

Relative permeability is calculated as the ratio of magnetic flux density to magnetic field strength. In the linear region of the B-H curve, relative permeability can be found directly from the slope. Once relative permeability is determined, it can be used to calculate unknown design factors like the number of turns in a coil when inductance and core dimensions are known.

What causes magnetic hysteresis in core materials?

Magnetic hysteresis occurs because residual magnetism remains in the material even after the magnetic field is reduced to zero. As the material is alternately magnetized in positive and negative directions, this residual magnetism creates a lag between applied field strength and resulting flux density. The area enclosed by the B-H curve is proportional to the energy lost during this cyclic magnetization process.

How do you measure magnetic flux density in an inductor or transformer?

Magnetic flux density is determined by measuring the flux rate of change using Faraday's Law, which relates it to the voltage across the coil. An RC circuit in parallel with the coil is used to measure this voltage. Combined with the number of winding turns and core dimensions, these measurements can be scaled to calculate actual flux density values for creating B-H curves.

What is magnetic saturation and why does it matter?

Magnetic saturation occurs when additional current through the windings no longer increases magnetic flux in the core. At this point, the material reaches its maximum flux density capacity. Understanding saturation limits is critical for inductor and transformer design, as exceeding saturation can cause core heating, reduced efficiency, and potential device failure in electrical systems.

How does permeability differ between materials like iron and wood?

Materials with high magnetic susceptibility, such as iron, have high relative permeability and strongly support magnetic field formation. Conversely, materials with low magnetic susceptibility, like wood, have low relative permeability and provide minimal magnetic field support. This difference determines how effectively a material can be used as a core in inductors and transformers.

توصيف المكونات المغناطيسية

0 مشاهدة10:41 دقيقة

p class = "jove_title" >1. تحديد النفاذية النسبية

اتبع الإجراء للعثور على النفاذية النسبية للمحث الصغير (قلب الفريت الأصفر / الأبيض). تظهر الأبعاد الأساسية في الشكل 2 ، وعدد المنعطفات هو N = 75.

باستخدام مقياس LCR ، قم بقياس محاثة المحرض عند 120 هرتز و 1000 هرتز.
قم ببناء الدائرة في الشكل 1 على لوحة أولية ، ولكن حافظ على إخراج مولد الوظائف منفصلا عن اللوحة الأولية.
تحقق من مسبار الجهد التفاضلي ومسبار التيار لعدم وجود إزاحات مع توصيل المسبار الحالي بالقناة 1 ومسبار الجهد المتصل بالقناة 2.
لاحظ عوامل القياس للمسبار التفاضلي على المسبار نفسه وعلى النطاق. اضبط المسبار التفاضلي على 1/20 للحصول على دقة أفضل.
اضبط المسبار الحالي على 100 مللي فولت / أمبير على المسبار نفسه و 1X على النطاق. تذكر أنه يجب استخدام عوامل القياس هذه عند إجراء العمليات الحسابية.
اضبط إخراج مولد الوظيفة (موصل إخراج BNC Ω 50) عند ذروة 10 فولت وشكل موجة جيبية 1000 هرتز. راقب شكل الموجة باستخدام مسبار الجهد التفاضلي.
اترك مولد الوظائف قيد التشغيل حتى عند فصله ، ولكن تجنب تقصير أطرافه. يؤدي إيقاف تشغيل منشئ الوظائف إلى إعادة تعيين العديد من الإعدادات.
قم بتوصيل مجسات التيار والجهد لقياس v_C و i.
تأكد من أن الدائرة كما هو مطلوب وأن جميع التوصيلات محفوظة.
قم بتوصيل مولد الوظائف بالدائرة.
التقط لقطة شاشة للتيار والجهد المقاسين مع ثلاث فترات على الأقل موضحة بالإضافة إلى قيم الذروة أو RMS للإشارات المقاسة.
من قائمة "العرض" في النطاق ، قم بتغيير تنسيق العرض من "YT" إلى "XY".
راقب منحنى B-H عن طريق ضبط مقابض الضبط الرأسي للقناة 1 والقناة 2 حتى يتناسب المنحنى مع شاشة النطاق.
لرؤية منحنى أكثر ثباتا ، استخدم خيار "استمرار" من قائمة العرض بإعداد 1 أو 2 ثانية.
التقط لقطة شاشة لمنحنى B-H المقاس.
اضبط تردد مولد الوظيفة على 120 هرتز وأعد التقاط لقطة شاشة منحنى BH بعد ضبط إعدادات المنحنى حسب الحاجة.
افصل مولد الوظيفة وقم بإزالة المحرض. حافظ على باقي الدائرة سليمة.

<فئة قوية = "xfig">الشكل 2: أبعاد قلب المحرض الأصغر. الرجاء النقر هنا لعرض نسخة أكبر من هذا الرقم.

2. تحديد عدد المنعطفات

المحث الأسود الأكبر (Bourns 1140-472K-RC) له عدد غير معروف من المنعطفات. لتبسيط العمليات الحسابية ، افترض أن اللب هو ملف لولبي هوائي بالكامل نصف قطره 1.5 سم وطول 2.5 سم. إذا لم يتم أخذ هذا الافتراض ، فسيتعين النظر في هندسة النواة وستعقد الحسابات. ومع ذلك ، لا يزال هذا الافتراض معقولا نظرا لأنه مع الملف اللولبي ، يجب أن يمر التدفق عبر الهواء على جانبي الجهاز والهواء هو وسط مسار التدفق السائد.

باستخدام مقياس LCR ، قم بقياس محاثة المحرض المقدم عند 120 هرتز و 1000 هرتز.
ضع المحرض في الدائرة الموضحة في الشكل 1 ، والتي يجب أن تظل سليمة من الجزء السابق من التجربة.
تحقق من مسبار الجهد التفاضلي ومسبار التيار لعدم وجود إزاحات مع توصيل المسبار الحالي بالقناة 1 ومسبار الجهد المتصل بالقناة 2.
لاحظ عوامل القياس للمسبار التفاضلي على المسبار نفسه وعلى النطاق. اضبط المسبار التفاضلي على 1/20 للحصول على دقة أفضل.
اضبط المسبار الحالي على 100 مللي فولت / أمبير على المسبار نفسه و 1X على النطاق. تذكر أنه يجب استخدام عوامل القياس هذه عند إجراء العمليات الحسابية باستخدام أي قياسات أو التقاط بيانات لمزيد من التحليل.
اضبط إخراج مولد الوظيفة (موصل إخراج BNC Ω 50) عند ذروة 10 فولت وشكل موجة جيبية 1000 هرتز. راقب شكل الموجة باستخدام مسبار الجهد التفاضلي.
اترك مولد الوظائف قيد التشغيل حتى عند فصله ، ولكن تجنب تقصير أطرافه. يؤدي إيقاف تشغيل منشئ الوظائف إلى إعادة تعيين العديد من الإعدادات.
قم بتوصيل مجسات التيار والجهد لقياس v_C و i.
تحقق من الدائرة ، وتأكد من أن التوصيلات حسب الرغبة.
قم بتوصيل مولد الوظائف بالدائرة.
التقط لقطة شاشة للتيار والجهد المقاسين مع ثلاث فترات على الأقل موضحة بالإضافة إلى قيم الذروة أو RMS للإشارات المقاسة.
من قائمة "العرض" في النطاق ، قم بتغيير تنسيق العرض من "YT" إلى "XY".
راقب منحنى B-H عن طريق ضبط مقابض الضبط الرأسي للقناة 1 والقناة 2 حتى يتناسب المنحنى مع شاشة النطاق.
لرؤية منحنى أكثر ثباتا ، استخدم خيار "استمرار" من قائمة العرض بإعداد 1 أو 2 ثانية.
التقط لقطة شاشة لمنحنى B-H المقاس.
اضبط تردد مولد الوظيفة على 120 هرتز وأعد التقاط لقطة شاشة منحنى BH بعد ضبط إعدادات المنحنى حسب الحاجة.
قم بإيقاف تشغيل مولد الوظائف وتفكيك الدائرة.

3. منحنى B-H لمحول 60 هرتز

المحول المستخدم في هذا العرض التوضيحي ينخفض من 115 فولت RMS إلى 24 فولت RMS ، ولكن لا يمكن استخدامه إلا لتوصيف منحنى BH في هذه التجربة ، وبالتالي يتم استخدام أطراف 120 فولت RMS فقط. أبعاد المحول موضحة في الشكل 3.

باستخدام مقياس LCR ، قم بقياس محاثة الملف الجانبي 115 V عند 120 هرتز (أقرب إلى 60 هرتز المقدرة).
تأكد من أن مفتاح الفصل ثلاثي الطور في وضع إيقاف التشغيل.
قم بتوصيل الكبل ثلاثي الطور ب VARIAC.
قم ببناء الدائرة الموضحة في الشكل 4. اجعل المحول يجلس على جانب اللوحة الأولية. استخدم كبلات الموز لتوصيل AC1 و N من VARIAC باللوحة الأولية.
تأكد من ضبط VARIAC على 0٪.
تحقق من مسبار الجهد التفاضلي ومسبار التيار لعدم وجود إزاحات مع توصيل المسبار الحالي بالقناة 1 ومسبار الجهد المتصل بالقناة 2.
قم بتدوين عوامل القياس للمسبار التفاضلي على المسبار نفسه وعلى النطاق. اضبط تحجيم المسبار التفاضلي على 1/200.
اضبط المسبار الحالي على 100 مللي فولت / أمبير على المسبار نفسه و 1X على النطاق. تذكر أنه يجب استخدام عوامل القياس هذه عند إجراء العمليات الحسابية.
قم بتوصيل مجسات التيار والجهد لقياس v_C و i.
تحقق من الدائرة.
قم بتشغيل مفتاح الفصل ثلاثي الأطوار ، واضبط VARIAC ببطء حتى يتم الوصول إلى 90٪.
التقط لقطة شاشة للتيار والجهد المقاسين مع ثلاث فترات على الأقل موضحة بالإضافة إلى قيم الذروة أو RMS للإشارات المقاسة.
من قائمة "العرض" في النطاق ، قم بتغيير تنسيق العرض من "YT" إلى "XY".
راقب منحنى B-H عن طريق ضبط مقابض الضبط الرأسي للقناة 1 والقناة 2 حتى يتناسب المنحنى مع شاشة النطاق.
لرؤية منحنى أكثر ثباتا ، استخدم خيار "استمرار" من قائمة العرض بإعداد 1 أو 2 ثانية.
التقط لقطة شاشة لمنحنى B-H المقاس.
قم باستعادة VARIAC إلى 0٪ ، وقم بإيقاف تشغيل مفتاح الفصل ، وقم بتفكيك الدائرة.