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磁性元件的特性

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磁性元件, 如电感器或变压器, 具有特性, 是依赖于磁性材料形成核心内的线圈。当电流流过电感或变压器线圈时, 就会产生磁场。核心材料保持磁场的能力, 称为其渗透性, 决定了电场的强度, 称为其磁化力。磁化力在电感芯中产生磁通量。在电感和变压器中, 磁化力与磁通密度之间的关系定义为通过横截面积的磁通量, 并可以用 B H 曲线进行分析。B H 曲线描述的核心材料, 并确定其磁饱和极限。当通过绕组的附加电流不再增加磁通量时, 就会发生这种情况。该视频说明了电感和变压器 BH 曲线的测量以及核心材料和电感线圈的特性。

b h 曲线显示了磁通密度、b 和磁场强度的关系, h。最初, 随着磁场强度的增加, 通量密度也增加到一定的最大值。在这一点之后, 磁场强度的任何增加都不会导致磁通密度的显著增加, 而材料被认为是饱和的。当材料在正负方向上交替磁化时, 真正的磁性材料表现出迟滞效应。这意味着, 当磁场强度减少回零, 一些残余磁性仍然存在。B H 曲线内的区域与能量损耗成正比, 因为材料在正负方向上被磁化。由于这种特性, 在变压器铁心中通常使用的是具有较低滞后损耗的材料, 如钢。B H 曲线也可用于描述材料的磁导率, 计算为磁通密度与磁场强度的比值。它通常与自由空间的渗透性有关, 因而被称为相对渗透率。具有极低磁化率的材料, 如木材, 具有较低的相对渗透性。当材料具有高磁化率, 如铁, 具有较高的相对磁导率。为了创造一个 b H 曲线, 焊剂密度, b, 必须首先被确定。为此, 测量通量变化率, 这是相对于整个线圈的电压使用法拉第定律。这可以用一个简单的 RC 电路与线圈并联来识别。有关这些计算的详细信息, 请参阅文本协议。磁场强度, 或 H, 可以发现使用安培定律和可测量的变量, 在线圈的电流, 绕组数, 和平均长度的核心。材料的 b-H 曲线可以通过电流的测量和元件电压的时间积分来估计。当元素的匝数和尺寸也已知时, 这些可以缩放到实际数量。现在, 让我们来演示如何测量相对渗透率和计算 B H 曲线。

在这些实验中, 三磁性元件被测量, 一个小电感器与一个铁氧体磁芯, 一个更大的黑色电感器, 一个未知的轮数和一个60赫兹变压器。开始与尺寸的小电感, 如图所示, 绕组转数75。首先, 使用 LCR 表测量电感在120和1000赫兹的电感。第二, 建立电路如图所示, 保持功能发生器输出在50欧姆和 BNC 连接器电缆断开。接下来, 连接差分电压和电流探头, 并验证是否没有偏移。将差分探头设置为第120, 以便更好地解决。最后, 将当前探头设置为探头上的每安培100毫伏和示波器上的1x。并注意这些缩放系数以供以后计算。将函数发生器输出设置为一个10伏峰值的1000赫兹正弦波波形。测量 VC 和 I, 连接函数发生器并验证所有电路连接是否如图所示。然后, 记录测量电流和电压。最后, 将示波器显示格式从图中改为 xy, 以显示 B H 曲线。调整通道1和通道两个垂直调整旋钮, 直到曲线适合范围屏幕。接下来, 通过设置显示的 "持久" 选项来稳定曲线。然后, 把曲线的截图。最后, 调整函数发生器频率为120赫兹, 并重新夺回 B H 曲线截图后调整的曲线设置必要的。最后, 断开函数发生器并卸下电感器。保持电路的其余部分完好无损。

为了确定较大电感的匝数, 首先测量它的 b-H 曲线。为了简化计算, 假设核心是一个全空气核心。首先, 使用 LCR 表测量电感在120和1000赫兹的电感。然后, 将电感器置于 RC 电路中。使用与小电感相同的程序, 测量较大电感器的 b-H 曲线。观察并记录测量电流和电压。显示 B-H 曲线。将函数发生器频率调整为120赫兹, 并根据需要调整曲线设置。

单相变压器由磁芯耦合而成的两个绕组组成。在这里, 测量60赫兹变压器的 b-H 曲线。使用 LCR 计, 测量115伏侧绕组在120赫兹时的电感。然后, 通过使用香蕉电缆将 AC1 和 N 从调压器连接到变压器主侧, 通过 protoboard 电路组装电路。如前所述, 调整缩放因子和函数生成器参数。与调压器在 90%, 测量电流和电压。然后, 显示并记录 B-H 曲线。

如果线圈的匝数、平均芯长和横截面积已知, 则直接测量线圈的电感, 并计算其相对磁导率。另外, 测量的 B H 曲线可以用来确定一个元素的相对磁导率, 然后计算线圈的匝数。在 B H 曲线的线性区域中, 可以从斜率中找到相对渗透率。使用相对渗透率, 并考虑到电感和核心尺寸是已知的, 可以很容易地使用以下关系计算匝数。

电感器和其他电磁装置, 如变压器, 在许多电气、电子和机械系统中都很常见。电网通过输电线路长距离分布高压电力, 为消费者提供电能。高电压需要长距离的补偿能量损失。变压器是沿电源线, 以降低较高的输电电压, 以较低的水平, 在配电站和终端用户的供应。变压器通过电磁感应传递能量, 使交流电压的控制步下降。由于钢的高磁饱和点, 它们通常是用钢芯设计的。定子磁铁诱导转子旋转磁场, 导致转子转动。有效地, 定子是主绕组的一个变压器, 而松鼠笼, 二次绕组。交流感应电动机用于多种应用。电机由外固定的绕线磁铁和转子的内铁磁心组成。通常, 一个圆柱形排列的导电棒形成松鼠笼。

你刚刚看了朱庇特介绍磁性元件的特性。您现在应该了解如何测量电感和变压器的 B H 曲线, 同时识别未知的设计因素, 如相对渗透率和转数。谢谢收看

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