磁気コンポーネントの特性評価

ソース: アリ バッツィ、電気工学科大学コネチカット州ストーズ、ct 検査

この実験の目的は、デザインと素材の観点からさまざまな磁気コンポーネントの使用経験を達成するためにです。この実験は、磁性材料と不明な設計要因を識別してインダクタ設計の B-H 曲線をカバーしています。インダクタやトランスなどの磁気要素の B-H 曲線包まれている巻線をコアを形成する磁性材料の特徴であります。この特徴は、コアは、巻線に流れる電流について扱うことができる磁気磁束密度についての情報を提供します。また、コアが磁気飽和、すなわちないさらに磁束流れにつながるよりコイルを流れる電流を押す前に制限に関する情報を提供します。

B-H 曲線は、単純な回路を使用して識別できます。アンペールの法則は、磁束の強さを使用して (H) は; コイルの電流に比例たとえば、単一のN-の平均の長さ (l) と断面積 (A) アンペアの法律利回り、コアを包んだ (私) 電流を運ぶコイルをオンに

(1)

また、コイル (v) を渡る電圧は、ファラデーの法則を使用して変更dφ/dtのフラックス率によって決定できます。前に説明した同じコイル用

(2)

磁束密度 (B) はまたように定義されます。

(3)

したがって、を書き込まれる

(4)

したがって、材料、私とvの時間積分の B-H 曲線を推定する使用できます。実際BとHの量に戻るスケーリングは、 N l、およびAが知られている場合に可能です。

Vの時間積分を測定するためにコイルと並列に単純な RC 回路をすることができます (図 1) を使用します。R C 区分線は R を持つ必要があります >>、動作周波数で_Cを X v_R≒v。この仮定を使用して、以来、 vの時間積分の適度な近似を与えるコンデンサー電圧v_Cを測定

(5)

負の符号は時間領域表現に有効であるが、RMS を扱うときに削除する必要があるため、ピークの量を使用して、一般的な

(6)

図 1: インダクタの B-H 曲線を決定するための回路をテストします。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

1. 比透磁率の同定

小型のインダクタ (イエロー/ホワイト フェライトコア) 比透磁率を検索する手順に従います。コア寸法は、図 2 に示すように、ターン数はN= 75。

1. LCR メータを使用すると、120 Hz と 1000 Hz の両方インダクタのインダクタンスを測定します。
2. 試作基板の図 1 の回路を構築が、プロト ボードから切断関数ジェネレーター出力を保ちます。
3. チャネル 1 に接続されている差動電圧プローブと電流プローブとのオフセットの電流プローブと電圧プローブは、チャンネル 2 に接続されているを確認します。
4. 差動プローブ プローブ自体とスコープの倍率に注意してください。1/20 より良い解決のために差動プローブを設定します。
5. 現在のプローブを 100 に設定 mV/プローブ自体と 1 X 範囲に。これらのスケーリング係数が計算を実行するときに使用する必要があることに注意してください。
6. 関数を設定して 10 V ピークで 1000 Hz 正弦波波形ジェネレーター出力 (50 Ω BNC 出力コネクタ)。差動電圧プローブを用いた波形を観察します。
7. 関数発生器をつけっぱなしにして、切断されている場合でも、その端子をショートしないように。関数発生器をオフにすると、多くの設定がリセットされます。
8. 現在の接続や電圧プローブv_Cとiを測定します。
9. チェック回路が、望まれ、すべての接続が保持されます。
10. 関数発生器を回路に接続します。
11. ピークまたは測定信号の RMS 値に加えて、表示期間の少なくとも 3 つの測定電流と電圧のスクリーン ショットを取る。
12. スコープの「表示」のメニューから"YT"から"XY"の表示形式を変更します。
13. カーブ スコープ画面に収まるチャネル 1 とチャネル 2 の垂直調整ノブを調整することによって B-H 曲線を確認します。
14. 安定した曲線を確認するために 1 または 2 秒の設定で、[表示] メニューから「保持」オプションを使用します。
15. 測定の B-H 曲線のスクリーン ショットを取る。
16. 曲線設定を必要に応じて調整した後 B-H カーブ スクリーン ショットを取り戻すし、120 hz 関数発生器周波数を調整します。
17. 関数発生器を外し、インダクタ。回路の残りの部分はそのまま維持します。

図 2: 小さいインダクタのコアの寸法します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

2. 回転数を識別します。

大きな黒いインダクタ (Bourns 1140 472 K RC) は回転数が不明。計算を簡素化するには、半径 1.5 cm と 2.5 cm の長さすべて空芯ソレノイドをコアを想定してください。この仮定が取られなかった場合コアのジオメトリは考慮する必要が、計算が複雑になります。しかし、この仮定はまだ合理的なことを考えると、ソレノイドのフラックスは、デバイスの両側に空気を通過して空気が支配的なフラックス パス中。

1. LCR メータを使用すると、120 Hz と 1000 Hz の両方で提供されているインダクタのインダクタンスを測定します。
2. これはまだ実験の前の部分からそのままする必要があります図 1 に示す回路のインダクタを配置します。
3. チャネル 1 に接続されている差動電圧プローブと電流プローブとのオフセットの電流プローブと電圧プローブは、チャンネル 2 に接続されているを確認します。
4. 差動プローブ プローブ自体とスコープの倍率に注意してください。1/20 より良い解決のために差動プローブを設定します。
5. 現在のプローブを 100 に設定 mV/プローブ自体と 1 X 範囲に。これらスケール係数がさらなる分析のためキャプチャの測定やデータを利用した計算を行うときに使用する必要があることに注意してください。
6. 関数を設定して 10 V ピークで 1000 Hz 正弦波波形ジェネレーター出力 (50 Ω BNC 出力コネクタ)。差動電圧プローブを用いた波形を観察します。
7. 関数発生器をつけっぱなしにして、切断されている場合でも、その端子をショートしないように。関数発生器をオフにすると、多くの設定がリセットされます。
8. 現在の接続や電圧プローブv_Cとiを測定します。
9. 回路として接続されるかどうかを確認して希望。
10. 関数発生器を回路に接続します。
11. ピークまたは測定信号の RMS 値に加えて、表示期間の少なくとも 3 つの測定電流と電圧のスクリーン ショットを取る。
12. スコープの「表示」のメニューから"YT"から"XY"の表示形式を変更します。
13. カーブ スコープ画面に収まるチャネル 1 とチャネル 2 の垂直調整ノブを調整することによって B-H 曲線を確認します。
14. 安定した曲線を確認するために 1 または 2 秒の設定で、[表示] メニューから「保持」オプションを使用します。
15. 測定の B-H 曲線のスクリーン ショットを取る。
16. 曲線設定を必要に応じて調整した後 B-H カーブ スクリーン ショットを取り戻すし、120 hz 関数発生器周波数を調整します。
17. 関数発生器の電源を切り、回路を逆アセンブルします。

3 60 Hz トランスの B-H 曲線

トランス 24 V RMS、115 V RMS をこのデモの手順で使用されるが、この実験では B-H 曲線特性のためのみ使用できます、ため 120 V RMS 端末のみが使用されます。トランスの寸法は、図 3 のとおりです。

1. 115 V 側の 120 Hz で巻線のインダクタンス LCR メーターを用いた測定 (60 Hz の定格に近い)。
2. 三相切断スイッチがオフの位置にことを確認します。
3. 三相ケーブルを変圧器に接続します。
4. 図 4 に示す回路を構築します。試作基板の側に座っている変圧器があります。AC1 と N を変圧器からプロト ボードに接続するのにバナナ ケーブルを使用します。
5. 変圧器が 0% に設定されていることを確認します。
6. チャネル 1 に接続されている差動電圧プローブと電流プローブとのオフセットの電流プローブと電圧プローブは、チャンネル 2 に接続されているを確認します。
7. 差動プローブ プローブ自体とスコープの倍率を書き留めます。1/200 スケール差動プローブを設定します。
8. 現在のプローブを 100 に設定 mV/プローブ自体と 1 X 範囲に。これらスケール係数が計算を行うときに使用する必要があることに注意してください。
9. 現在の接続や電圧プローブv_Cとiを測定します。
10. 回路をチェックします。
11. 三相切断スイッチをオンにし、90% に到達するまでゆっくりと、変圧器を調整します。
12. ピークまたは測定信号の RMS 値に加えて、表示期間の少なくとも 3 つの測定電流と電圧のスクリーン ショットを取る。
13. スコープの「表示」のメニューから"YT"から"XY"の表示形式を変更します。
14. カーブ スコープ画面に収まるチャネル 1 とチャネル 2 の垂直調整ノブを調整することによって B-H 曲線を確認します。
15. 安定した曲線を確認するために 1 または 2 秒の設定で、[表示] メニューから「保持」オプションを使用します。
16. 測定の B-H 曲線のスクリーン ショットを取る。
17. 0% に、変圧器を復元、切断スイッチをオフし、回路を逆アセンブルします。

図 3: トランス コアの寸法します。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

図 4: 60 Hz トランスの B-H 曲線を決定するための回路をテストします。この図の拡大版を表示するのにはここをクリックしてください。

芯物質の比透磁率を見つけるために 2 つのアプローチを使用できます。最初のアプローチは、LCR メータ、どこターン (N) の知られている数で作られたコイルのインダクタンス (L) を測定し、比透磁率を次のように計算できますしを使用することです。

コアの不本意: (7)

つまり、相対的な透磁率 (μ_r)。

(8)

どこμ_oは真空の透磁率、 lは m、平均コア長さ、 m²のコアの断面積は。

たとえば、内部半径r₁・ トロイダル ・ コアを使用する場合 = 1 cm、外的な半径r₂= 2 cm、1 cm²の断面積と LCR メーター読み取り 1 μ 10 ターン、次の。

l= 2 π (r₂-r₁) = 2 π cm、 、およびμ_r= 50,000。

2 番目の方法は、測定の B-H 曲線を使用します。つまり目に見えるまたは近似線形領域の比透磁率は斜面から見つけることができます (B = μ_rμ_oH) 周波数毎に。BとHの値を検索するには、プローブの要因、回路要素、および以前の計測結果を使用してコア寸法の適切なスケーリングを実行する必要があります。

比透磁率を見つけることと同様のアプローチ、比透磁率が不明な場合、回転数を見つけることが。これは、 Nの前式を操作することによって実現できます。

フェライト、 μ_r鋼及び鋼合金の中の数千の順序μ_rは数十または数百の順序は。

インダクタと他の電気磁気デバイス (例えばトランスフォーマー) は多くの電気、電子および機械システムで非常に共通が、特定のアプリケーション用のインダクタを購入は簡単ではありません。インダクタを買ったときにも、データシート情報のあいまいさ実際の材料、回転数、およびその他の詳細に場合があります。この実験でテスト、エンジニアおよび独自のインダクタを構築したり、既製のものを特徴付ける計画技術者の特に便利です。これはより多くの情報が手にインダクタについて望まれるパワー エレクトロニクス用途 (例えばDC/DC コンバーター) として電気モーター駆動のアプリケーション (例えば、AC フィルター インダクタ) と共通です。