Современная электроника №3/2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 64 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 Экспериментальная оценка магнитных характеристик низкочастотных магнитопроводов Рис. 1. Кривые намагничивания разных типов В статье рассмотрена номенклатура параметров магнитопроводов, представляющих интерес в контексте их использования в составе обмоточных изделий. Выполнен анализ способов построения семейства петель гистерезиса для оценки магнитных свойств магнитопроводов. Показано, что наиболее применимым для этой цели в условиях радиолаборатории является способ трансформатора, при котором петли гистерезиса отображаются на экране осциллографа в XY-режиме. Выполнен анализ составляющих погрешности построения петель гистерезиса при использовании метода трансформатора. С применением осциллографа серии R&S RTO в качестве примера выполнены измерения магнитных характеристик для магнитопровода, предназначенного для использования в трансформаторах и индуктивностях. Николай Лемешко (nlem83@mail.ru ) , Михаил Горелкин (Mikhail.Gorelkin@rohde-schwarz.com ) , Павел Струнин (Pavel.Strunin@rohde-schwarz.com) Введение В настоящее время достигнут зна- чительный прогресс в области разра- ботки аналоговых устройств и узлов, который во многом обусловлен дости- жениями в области материаловеде- ния. Требования по снижению мас- согабаритных показателей, стоимости электронных устройств, а также раз- витие новых способов преобразова- ния сигналов привели к изменению номенклатуры широко применяе- мой компонентной базы, в частности обмоточных изделий: трансформато- ров, дросселей, катушек индуктивно- сти. Доля их применения в совокупной массе других компонентов снижается, но одновременно повышаются требо- вания к качеству таких изделий, кото- рое определяется свойствами магни- топроводов (МП). Известно, что снижение геометри- ческих размеров магнитопроводов для заданного применения всегда ограничено процессами насыщения [1]. Именно по этой причине транс- форматоры, применяемые в энерге- тике, не могут иметь малые размеры при большой мощности. При этом МП рекомендуется эксплуатировать при максимальной индукции, не превос- ходящей 80% от индукции насыщения B Н [2]. Если речь идёт о миниатюрных трансформаторах, то эксплуатация их МП осуществляется при индукции до (0,9…0,95) B Н в зависимости от критич- ности линейности трансформации [3]. Известным способом повышения допустимой напряжённости магнит- ного поля в МП является использова- ние зазоров, что позволяет снизить эффективную магнитную проница- емость μ эфф и значительно повысить индукцию насыщения магнитной цепи с зазором. В практике разработки электрон- ных устройств и обмоточных изде- лий существует задача оценки магнит- ных характеристик МП. Она актуальна не только в случае, когда марка МП неизвестна или для него отсутствует справочная информация. Техноло- гия производства, условия хранения, механические напряжения оказыва- ют существенное влияние на основ- ные магнитные характеристики МП. Так, например, известно [4], что любая рихтовка магнитомягких материалов приводит к появлению механических напряжений, увеличивающих поте- ри на перемагничивание и, соответ- ственно, площадь петли гистерезиса. Учитывая это, в критически важных случаях, а также при исследовании образцов новых материалов для МП целесообразно выполнять измере- ния их магнитных параметров, ори- ентируясь на применение широко распространённых средств измере- ний, входящих в комплекс оборудова- ния радиоэлектронных лабораторий. Естественно, применение рассмотрен- ных далее решений не заменяет спе- циальные комплексы для измерений в области материаловедения магнит- ных материалов [5], предназначен- ные в первую очередь для проведения научных и высокоточных исследова- ний. Номенклатура магнитных характеристик МП и подходы к их определению Магнитные характеристики мате- риалов весьма широко описаны в литературе и охватывают уровни от атомного, рассматриваемого, напри- мер, при разработке технологий полу- чения материалов с заданными маг- нитными свойствами [6], до цельных образцов МП. Для задачи экспери- ментального определения магнитных характеристик МП следует ориенти- роваться на подходы, выработанные в материаловедении электронной тех- ники [7, 8]. Магнитные свойства ферромагне- тиков, в частности используемых для изготовления низкочастотных МП, обычно характеризуют зависимо- стью магнитной индукции B от напря- жённости магнитного поля H . Наибо- лее простым в реализации способом построения кривой намагничивания (КН) как функции B(H) является полу- чение семейства петель гистерезиса, построенных при воздействии намаг- ничивающего поля разной интенсив- ности. При их получении путём изме- рений необходимо учитывать тот факт, что проявляемые МП текущие магнитные свойства зависят от пре- дыдущей намагниченности. В класси- ческом случае в качестве исходного принимают размагниченное состо- яние МП, при котором в отсутствие