Caracterizarea materialelor feromagnetice ( Fe-Si) la semnal mic

Caracterizarea materialelor feromagnetice ( Fe-Si) la semnal mic

1. Schema echivalenta si caracteristicile materialelor la semnal mic

Pentru a caracteriza un material feromagnetic la semn mic (B_~ < 1 mT) se utilizeaza 2 bobine cu aceeasi geometrie a bobinajului (preferabil toroidala pentru a neglija cu buna aproximatie campul de dispersie), una avand ca miez materialul feromagnetic de studiat, iar cealalta un miez nemagnetic de aceleasi dimensiuni.

In Figura 4 sunt prezentate schitele celor 2 bobine.

Figura 4. Cele doua bobine cu miez nemagnetic, respectiv

feromagnetic si schemele lor echivalente

Scriind impedantele celor doua bobine rezulta:

Z₀ = r₀ + jωL₀;

Z_m = r₀ + jωL = r₀ + µ L₀ = r₀ + ωL₀ + jωL₀ = r + jωL₀ (3)

rm

unde:

r₀ este rezistenta de pierderi prin efect Joule, proximitate, dielectrici, etc. in conductorul de bobinaj;

r - rezistenta serie echivalenta a bobinei cu miez r = r₀ + r_m = r₀ +ωL₀, r_m fiind rezistenta de pierderi datorata prezentei miezului magnetic;

L si L₀ - inductanta cu si fara miez a bobinei;

- permeabilitatea (initiala) complexa a miezului;

- frecventa de masura.

Factorul de calitate al materialului Q_m este:

(4)

unde Q₀ si Q_b sunt factorii de calitate ai bobinelor fara miez, respectiv cu miez:

Daca se masoara la o frecventa data marimile L_o, L, r₀ si r permeabilitatea complexa a miezului poate fi calculata utilizand relatia:

(6)

Pentru caracterizarea miezurilor avand geometrii diverse se utilizeaza "torul de substitutie" (imaginar) care este "confectionat" dintr-un material cu permeabilitatea efectiva _e, avand lungimea l_e si aria A_e. Din conditia ca torul de substitutie, cu acelasi numar de spire ca si infasurarea pe miezul considerat, sa conduca la aceiasi parametri magnetici rezulta dimensiunile si permeabilitatea efectiva, astfel:

(7)

unde , l_i si A_i sunt parametrii permeabilitate magnetica, lungime si arie transversala a portiunii omogene "i" a miezului considerat.

Inductanta infasurarii cu N spire pe miezul dat se poate estima pe baza parametrilor torului de substitutie:

(8)

2 Masurarea feritelor la semnal mic cu ajutorul puntii RLC

Pornind de la schema echivalenta a torului de substitutie Figura 1 se stabileste modul de masurare a Puntii RLC

Pentru executarea masuratorilor cu puntea RLC de precizie E 4980A se procedeaza asa cum este prezentat in schema logica din Figura .

Figura 18

2.1 Setarea conditiilor de masura

Pentru inceput se vor determina parametrii de impedanta, circuitul echivalent de masura si nivelul semnalului. Astfel, masurarea R, L, C are doua moduri de masura cu circuit echivalent paralel si serie . In acest scop se apasa tasta FUNC (Cp, Cs, Lp, sau Ls) din pagina MEAS SETUP .

2.2 Masurarea inductantei si rezistentei serie

Schema echivalenta, din figura 4, a torului de substitutie arata ca probele sunt formate din Ls si Rs.In acest caz conditiile de masura sunt:

. Functia:Ls-Rs;

. frecventa de lucru: 500Hz÷ 20KHz;

. Nivelul semnalului de test: 1 V;

Pentru setarea conditiilor de masura procedam in felul urmator :

a) Pas 1. Cuplam puntea E4980A ON.

b) Pas 2. Setam conditiile de masura folosind campurile pagini soft " MEAS SETUP

1. Pe "FUNC" se stabileste Ls si Rs,

2. Mutam pe "FREQ" folosind tastele numerice sau "Incr" sau "Decr" stabilim frecventele de lucru.

2. Punem pe "LEVEL" folosind tastele cursorului tensiunea de intrare de 1 V.

c) Pas 3. Conectam capul de masura la punte.

d) Pas 4. Facem corectiile OPEN/SHORT cerute.

e) Pas 5. Conectam torul de masurat la crocodilii puntiiRLC

f) Pas 6 . Se apasa tasta [MEAS DISPLAY si masuratoarea se executa determinand valorile Ls si Rs.

3. Masurarea capacitatii parazite a bobinei cu miez

a) Se determina capacitatea parazita a bobinei cu miez L_m1 folosind Q-metrul. Pentru aceasta se cupleaza L_m1 la bornele marcate cu "L_x" ale Q-metrului si se face acordul acestuia la 2 frecvente apropiate (f₁ = 800 KHz si f₂ = 1000 KHz), notandu-se valorile corespunzatoare ale capacitatii condensatorului variabil intern al Q-metrului la acord (C_v1 si C_v2). Valorile masurate se trec in Tabelul 1.

Tabelul 1.

Valoarea capacitatii parazite a bobinei L_m1 se calculeaza cu relatia:

(11)

b) Se masoara bobina cu miez L_m1 masurand inductanta serie si rezistenta serie cu puntea RLC . Frecventa proprie de rezonanta a bobinei L_m1 se calculeaza cu relatia:

(12)

4. Masurarea permeabilitatii reversibile

Principiul de masura este urmatorul: folosind o bobina cu miez inchis avand 2 infasurari (primar si secundar) se determina valoarea inductantei uneia dintre infasurari (cea primara) la diferite valori ale intensitatii campului magnetic in miez. Valoarea acestuia din urma se stabileste prin modificarea intensitatii unui curent continuu aplicat infasurarii secundare a bobinei.

a) Se utilizeaza o bobina cu miez de ferita toroidal cu D = 53 mm, d = 31 mm si h = 15 mm, avand 2 infasurari: cea primara cu N_p = 35 spire si cea secundara cu N_s = 20 spire. Infasurarea primara se noteaza cu L_m2 si reprezinta inductanta de masurat.

Figura 4. Montaj experimental pentru determinarea dependentei

m'_rev = f(H) pentru un miez de ferita toroidal.

Cu aceasta bobina se realizeaza circuitul din Figura 4. Cu ajutorul generatorului de curent constant GCC, alimentat de la sursa stabilizata STS cu o tensiune de 15 V se injecteaza un curent continuu in infasurarea secundara a bobinei. Valoarea intensitatii acestui curent electric se modifica din potentiometrul P si se masoara cu un miliampermetru MA avand capatul de scala la valoarea de I_max = 400 mA.

Observatie: Nu lasati generatorul de curent in gol decat in cazul in care l-ati deconectat de la sursa de tensiune!

Se efectueaza masuratori asupra infasurarii primare L_m2 a bobinei toroidale folosind Z-metrul la frecventa f = 50 KHz si pe scara de 1000 W Valorile modulului impedantei Z_m2 masurate la diferite valori ale intensitatii curentului continuu injectat in secundar (care corespund cu diferite valori ale intensitatii campului magnetic in miez) se trec in tabel.