마그네틱 부품 특성

B-H 곡선은 간단한 회로를 사용하여 식별할 수 있습니다. 암페어의 법칙을 사용하여, 자기 플럭스 강도(H)는코일에서 전류에 비례한다; 예를 들어, 전류를 운반하는 단일 N턴 코일(i)의코어를 평균 길이(l)및 단면 영역(A),Ampere의 법칙 산출,

(1)

또한, 코일(v)을가로지르는 전압은 패라데이의 법칙을 이용하여 변속기의 변동률에 의해 결정될 수 있다. 이전에 설명한 동일한 코일의 경우,

(2)

플럭스밀도(B)도,

(3)

따라서,

(4)

따라서, 재료의 B-H 곡선을 추정하기 위해, i 및 v의 시간 일체형이 사용될 수 있다. N, l및 A가 알려지면 실제 B 및 H 수량으로 다시 스케일링할 수 있습니다.

v의시간 일체를 측정하기 위해, 코일과 병행하여 간단한 R-C 회로를 사용할 수 있다(도 1). R-C 디바이더는 V_R≈v를설정되도록 작동 주파수에 R >> X_C가 있어야 합니다. 이러한 가정을 사용하여 커패시터 전압 v_C를 측정하면 v 이후의 시간 일체에 대한 합리적인 근사치가 제공되므로,

(5)

음수 기호는 시간 도메인 표현에 효과적이지만 RMS 및 최대 수량을 처리할 때 삭제해야 하므로 사용하는 것이 일반적입니다.

(6)

그림 1: 시험 회로를 테스트하여 인덕터의 B-H 곡선을 결정합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

1. 상대적 투과성 식별

절차를 따라 작은 인덕터 (노란색 / 흰색 페릿 코어)의 상대적 투과성을 찾습니다. 코어 치수는 도 2에 표시되며 회전 수는 N=75입니다.

1. LCR 미터를 사용하여 120Hz와 1000Hz 모두에서 인덕터의 유도를 측정합니다.
2. 프로토 보드에서 도 1에서 회로를 구축하지만, 프로토 보드에서 분리 기능 생성기 출력을 유지합니다.
3. 채널 1에 연결된 전류 프로브와 채널 2에 연결된 전압 프로브를 통해 오프셋이 없는 차동 전압 프로브와 전류 프로브를 확인합니다.
4. 프로브 자체및 범위에 대한 차동 프로브의 배율 조정 계수에 유의하십시오. 더 나은 해상도를 위해 차동 프로브를 1/20으로 설정합니다.
5. 프로브 자체에 현재 프로브를 100mV/A로 설정하고 범위에서 1X로 설정합니다. 계산을 수행할 때 이러한 배율 조정 요소를 사용해야 합니다.
6. 기능 생성기 출력(50 Ω BNC 출력 커넥터)를 10V 피크와 1000Hz 시동성 파형으로 설정합니다. 차동 전압 프로브를 사용하여 파형을 관찰한다.
7. 연결이 끊어진 경우에도 함수 생성기를 켜두지만 터미널을 단락하지 마십시오. 함수 생성기를 끄면 많은 설정이 재설정됩니다.
8. 전류 및 전압 프로브를 연결하여 v_C및 i를측정합니다.
9. 회로가 원하는대로 유지되고 모든 연결이 유지관리되는지 확인합니다.
10. 함수 생성기를 회로에 연결합니다.
11. 측정된 신호의 피크 또는 RMS 값 외에 적어도 3개의 기간이 표시된 측정된 전류 및 전압의 스크린샷을 찍습니다.
12. 범위의 "디스플레이" 메뉴에서 디스플레이 형식을 "YT"에서 "XY"로 변경합니다.
13. 곡선이 스코프 스크린에 맞을 때까지 채널 1 및 채널 2 수직 조정 노브를 조정하여 B-H 곡선을 관찰합니다.
14. 곡선을 원더볼 수 있도록 1 또는 2s의 설정에서 디스플레이 메뉴에서 "지속" 옵션을 사용합니다.
15. 측정된 B-H 곡선의 스크린샷을 찍습니다.
16. 함수 생성기 주파수를 120Hz로 조정하고 필요에 따라 곡선 설정을 조정한 후 B-H 곡선 스크린샷을 다시 수행합니다.
17. 함수 생성기를 분리하고 인덕터를 제거합니다. 회로의 나머지 부분을 그대로 유지합니다.

그림 2: 작은 인덕터 코어의 치수입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

2. 회전 수 식별

더 큰 검은 색 인덕터 (Bourns 1140-472K-RC)는 회전의 알 수없는 수를 가지고있다. 계산을 단순화하려면 코어를 반경이 1.5cm, 길이 2.5cm의 모든 공기 코어 솔레노이드로 가정합니다. 이 가정을 취하지 않으면 코어의 형상을 고려해야 하며 계산이 복잡해집니다. 그러나, 이 가정은 솔레노이드를 사용하면 플럭스가 장치의 양쪽에 공기를 통과해야 하며 공기가 지배적인 플럭스 경로 매체라는 점을 감안할 때 여전히 합리적이다.

1. LCR 미터를 사용하여 제공된 인덕터의 인덕터를 120Hz와 1000Hz 모두에서 측정합니다.
2. 도 1에 표시된 회로에 인덕터를 배치하여 실험의 이전 부분에서 온전해야 합니다.
3. 채널 1에 연결된 전류 프로브와 채널 2에 연결된 전압 프로브를 통해 오프셋이 없는 차동 전압 프로브와 전류 프로브를 확인합니다.
4. 프로브 자체및 범위에 대한 차동 프로브의 배율 조정 계수에 유의하십시오. 더 나은 해상도를 위해 차동 프로브를 1/20으로 설정합니다.
5. 프로브 자체에 현재 프로브를 100mV/A로 설정하고 범위에서 1X로 설정합니다. 추가 분석을 위해 측정 또는 데이터 캡처를 사용하여 계산을 수행할 때 이러한 배율 조정 요소를 사용해야 합니다.
6. 기능 생성기 출력(50 Ω BNC 출력 커넥터)를 10V 피크와 1000Hz 시동성 파형으로 설정합니다. 차동 전압 프로브를 사용하여 파형을 관찰한다.
7. 연결이 끊어진 경우에도 함수 생성기를 켜두지만 터미널을 단락하지 마십시오. 함수 생성기를 끄면 많은 설정이 재설정됩니다.
8. 전류 및 전압 프로브를 연결하여 v_C및 i를측정합니다.
9. 회로를 확인하고 연결이 원하는대로 있는지 확인합니다.
10. 함수 생성기를 회로에 연결합니다.
11. 측정된 신호의 피크 또는 RMS 값 외에 적어도 3개의 기간이 표시된 측정된 전류 및 전압의 스크린샷을 찍습니다.
12. 범위의 "디스플레이" 메뉴에서 디스플레이 형식을 "YT"에서 "XY"로 변경합니다.
13. 곡선이 스코프 스크린에 맞을 때까지 채널 1 및 채널 2 수직 조정 노브를 조정하여 B-H 곡선을 관찰합니다.
14. 곡선을 원더볼 수 있도록 1 또는 2s의 설정에서 디스플레이 메뉴에서 "지속" 옵션을 사용합니다.
15. 측정된 B-H 곡선의 스크린샷을 찍습니다.
16. 함수 생성기 주파수를 120Hz로 조정하고 필요에 따라 곡선 설정을 조정한 후 B-H 곡선 스크린샷을 다시 수행합니다.
17. 함수 생성기를 끄고 회로를 분해합니다.

60Hz 변압기의 3.B-H 곡선

이 데모에 사용되는 변압기는 115 V RMS에서 24V RMS로 단계아래로 단계이지만 이 실험에서 B-H 곡선 특성화에만 사용할 수 있으므로 120V RMS 단자만 사용됩니다. 변압기 치수는 도 3에 표시됩니다.

1. LCR 미터를 사용하여 120Hz에서 115 V 측 권선(정격 60Hz에 가깝음)의 인덕팅을 측정합니다.
2. 3단계 분리 스위치가 꺼져 있는지 확인합니다.
3. 3상 케이블을 VARIAC에 연결합니다.
4. 도 4에 표시된 회로를 구축합니다. 변압기가 프로토 보드 의 측면에 앉아 있다. 바나나 케이블을 사용하여 VARIAC에서 프로토 보드에 AC1과 N을 연결합니다.
5. VARIAC가 0%로 설정되어 있는지 확인합니다.
6. 채널 1에 연결된 전류 프로브와 채널 2에 연결된 전압 프로브를 통해 오프셋이 없는 차동 전압 프로브와 전류 프로브를 확인합니다.
7. 프로브 자체및 범위에 대한 차동 프로브의 배율 조정 계수에 유의하십시오. 차동 프로브 스케일링을 1/200으로 설정합니다.
8. 프로브 자체에 현재 프로브를 100mV/A로 설정하고 범위에서 1X로 설정합니다. 계산을 수행할 때 이러한 배율 조정 요소를 사용해야 합니다.
9. 전류 및 전압 프로브를 연결하여 v_C및 i를측정합니다.
10. 회로를 확인합니다.
11. 3단계 분리 스위치를 켜고 90%에 도달할 때까지 VARIAC를 천천히 조정합니다.
12. 측정된 신호의 피크 또는 RMS 값 외에 적어도 3개의 기간이 표시된 측정된 전류 및 전압의 스크린샷을 찍습니다.
13. 범위의 "디스플레이" 메뉴에서 디스플레이 형식을 "YT"에서 "XY"로 변경합니다.
14. 곡선이 스코프 스크린에 맞을 때까지 채널 1 및 채널 2 수직 조정 노브를 조정하여 B-H 곡선을 관찰합니다.
15. 곡선을 원더볼 수 있도록 1 또는 2s의 설정에서 디스플레이 메뉴에서 "지속" 옵션을 사용합니다.
16. 측정된 B-H 곡선의 스크린샷을 찍습니다.
17. VARIAC를 0으로 복원하고 분리 스위치를 끄고 회로를 분해합니다.

그림 3: 변압기 코어의 치수입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.

그림 4: 60Hz 변압기의 B-H 곡선을 결정하기 위한 테스트 회로.

코어 재료의 상대적 투과성을 찾기 위해 두 가지 방법을 사용할 수 있습니다. 첫 번째 접근법은 LCR 미터를 사용하는 것으로, 알려진 회전수(N)로만든 코일의 인덕턴스(L)가 측정되고, 상대투과성이 다음과 같이 계산될 수 있다.

코어의 거부: (7)

상대투과성(μ_r)은다음과 같이 한다.

(8)

여기서 μ_o는 진공의 투과성이고, l은 m의 평균 코어 길이이고, A는 ^m2의핵심 단면 영역이다.

예를 들어, 토로이드 코어가 내부 반경 r_{1 =1cm,}외부 반경 r₂=2cm, 1cm^2의단면 영역, LCR 미터가 10 회전동안 1 μH를 읽는 경우 다음을 수행합니다.

l=2π(r₂-r₁₎= 2π cm, 및 μ _r=50,000.

두 번째 방법은 측정된 B-H 곡선을 사용합니다. 선형 영역에서, 이는 가시또는 근사치, 상대 투과성은 각 주파수에 대한경사(B=μ_rμ_oH)로부터찾을 수 있다. B 및 H 값을 찾으려면 이전 측정을 사용하여 프로브 팩터, 회로 요소 및 코어 치수에 대해 적절한 배율을 수행해야 합니다.

상대 투과성을 찾는 것과 유사한 접근 법에서 상대 투과성이 알려지지 않은 경우 회전 수를 찾을 수 있습니다. 이는 이전 방정식을 조작하여 N을찾도록 하여 이를 달성할 수 있습니다.

페릿의 경우, μ_r은 수천 의 순서에, 강철 및 강철 합금에 대한 동안, μ_r은 수십 또는 수백의 순서에 있습니다.

인덕터 및 기타 전자기장치(예:변압기)는 많은 전기, 전자 및 기계 시스템에서 매우 일반적이지만 특정 응용 분야에 대한 인덕터를 구입하는 것은 사소한 일이 아닙니다. 인덕터를 구입하더라도 데이터 시트 정보는 실제 자료, 회전 수 및 기타 세부 정보에 대한 모호성을 가질 수 있습니다. 이 실험의 테스트는 자신의 인덕터를 구축하거나 기성 용 인덕터를 구성하려는 엔지니어와 기술자에게 특히 유용합니다. 이는 전력 전자 응용분야(예:DC/DC 컨버터)뿐만 아니라 인덕터에 대한 자세한 정보가 필요한 전기 모터 드라이브애플리케이션(예:AC 필터 인덕터)에서 일반적입니다.