Современная электроника №3/2021

ВОПРОСЫ ТЕОРИИ 70 WWW.SOEL.RU СОВРЕМЕННАЯ ЭЛЕКТРОНИКА ◆ № 3 2021 где E m – амплитуда электродвижущей силы на вторичной обмотке. Для используемой в эксперименталь- ной части статьи установкипри f = 100 Гц Δ I = Δ S = 0,0124%, Δ φ = 0,8%. Отсюда следует, что при известных с достаточной точно- стьюноминалах элементов измеритель- ной установки определяющей является погрешностьфазового сдвига. Точность получаемых результатов измерений будет достаточно высокой при исполь- зовании качественных осциллографов. С повышением частоты f , ёмкости С и сопротивления R 2 рассмотренные составляющие погрешности умень- шаются, однако при прочих равных условиях повышаются требования к чувствительности используемого осциллографа, поскольку амплитуда напряжения на конденсаторе: . Лабораторные генераторы на холо- стом ходу способны формировать напряжение амплитудой до 10…20 В, но на частотах порядка 50 Гц боль- шая его часть будет падать на выход- ном сопротивлении генератора. Это ещё один довод в пользу использова- ния усилителей с низким выходным сопротивлением, в т.ч. при использо- вании метода датчика Холла (см. рис. 4). В типовом случае значение E m ~ 1 В, и при C = 10 мкФ, R 2 = 10 кОм получим U C , m ~ 16 мВ. Синусоидальный сигнал с такой амплитудой вполне можно наблюдать на современных осцилло- графах. Повысить напряжение на ёмко- сти можно и путём увеличения коли- чества витков во вторичной обмотке, но это увеличивает объём и продол- жительность подготовительных работ. Таким образом, при выборе элемен- тов измерительной установки необхо- димо соблюдать компромисс между точностью измерений и требования- ми к чувствительности каналов осцил- лографа. Пример выполнения измерений магнитных характеристик МП Объект исследований, измерительное оборудование и оснастка В качестве объекта исследования был выбранМП, предназначенныйдляизго- товления малогабаритных трансфор- маторов и дросселей и имеющий попе- речное сечение прямоугольной формы сразмерами16 × 7мм, т.е. S =1,12 × 10 –4 м 2 . Средняя длина образованной такимМП магнитной цепи составляла l = 0,138 м. МП образован двумя П-образными половинами с полированными тор- цами, которые при проведении экс- перимента сжимались с минимально необходимым усилием струбциной из дюралюминиевого сплава. На МП было сформировано две обмотки с количе- ством витков N 1 = N 2 = 100 шт. Схема измерений соответствовала рисунку 5, в ней на основе предварительных оце- нокбыливыбраныноминалыэлементов R 1 = 5 Ом, R 2 = 10 кОм, C = 10 мкФ. Дляформированиянамагничивающего тока в первичнойобмотке использовал- ся усилитель мощности в составе гене- ратора сигналов АНР-1041 с выходным сопротивлением 2,5 Ом и коэффици- ентом усиления 1,53. На его вход пода- вался синусоидальный сигнал с канала А того же генератора, имевший часто- ту f = 100 Гц. В схеме измерений исполь- зовался осциллограф R&S RTO2064 с четырьмя каналами и полосой рабочих частот до 6 ГГц, каналы 1 и 2 которого подключались в соответствиисосхемой нарисунке5. Фотографияизмерительной установкипредставлена на рисунке 6. Получение семейства петель гистерезиса Как отмечалось до этого, ПГ, отража- ющие зависимость B ( H ) в цикле пере- магничивания, позволяют постро- ить КН и определить функции μ( H ) и μ диф ( H ), а также рассчитать удельные потери на перемагничивание. На рисунке 7 показаны кривые, полу- ченные для выходных напряжений генератора, равных 2; 10 и 17 В (п-п). Важно подчеркнуть, что это ещё не сами ПГ, а их прообраз. Для малой амплитуды намагничивающего поля (см. рис. 7а) ПГ имеет эллиптическуюформу, харак- терную для отсутствия смещений гра- ниц доменов. На эпюре напряжения в канале 1, показанной в правой части рисунка 7в, хорошо видно, что напря- жение на резисторе R 1 , характеризу- ющее ток в первичной обмотке, име- ет синусоидальную форму, но вблизи максимумов претерпевает искажения в виде сглаженных выбросов. Это озна- чает, что с приближением тока к обла- сти максимальных значений полное сопротивление цепи намагничивания падает, что объясняется уменьшением индуктивности первичной обмотки за счёт снижения μ с ростом напряжённо- сти магнитного поля. Более наглядно это видно из осциллограмм на рисун- ке 8, построенных на периоде измене- ния выходного сигнала генератора при выходном напряжении 20 В (п-п). Для получения семейства ПГ экспе- риментальные данные должны быть масштабированы в соответствии с уравнениями (5), (6). Для осуществле- ния математической обработки резуль- татов измерений выборки, получен- ные осциллографом, были сохранены на периоде T = 1/ f = 10 мс в объёме 1000 шт. на каждый канал. На рисунке 9а совместно показаны те же кривые, что и на рисунке 7, т.е. красная, синяя и чёрная петли построены по резуль- татам измерений для выходных напря- жений генератора, равных 2; 10 и 17 В (п-п). На рисунке 9б представленыПГ в координатах H - B . Коэффициентымас- штабирования для H и B составили соот- ветственно 144,93 А/(В·м) и 8,93 Тл/В. Как видно, за счёт малой длины маг- нитной цепи максимальная напря- жённость магнитного поля и индук- Рис. 8. Осциллограммы напряжений, полученные при выходном напряжении генератора, равном 20 В (п-п)