출처: 알리 바지, 코네티컷 대학교 전기 공학학과, 스토스, CT.
이 실험의 목적은 설계 및 재료 관점에서 다른 자기 구성 요소로 실습 경험을 달성하는 것입니다. 이 실험은 알 수 없는 설계 요소를 식별하여 자기 물질 및 인덕터 설계의 B-H 곡선을 다룹니다. 인덕터 나 변압기와 같은 자기 요소의 B-H 곡선은 권선이 감싸는 코어를 형성하는 자기 물질의 특성입니다. 이러한 특성은 코어가 권선에서 흐르는 전류에 대해 처리할 수 있는 자기 플럭스 밀도에 대한 정보를 제공합니다. 또한 코어가 자기 포화되기 전에 한계에 대한 정보를 제공하며, 즉 코일을 통해 더 많은 전류를 밀어붙일 때 더 이상 자기 플럭스 흐름이 되지 않습니다.
B-H 곡선은 간단한 회로를 사용하여 식별할 수 있습니다. 암페어의 법칙을 사용하여, 자기 플럭스 강도(H)는코일에서 전류에 비례한다; 예를 들어, 전류를 운반하는 단일 N턴 코일(i)의코어를 평균 길이(l)및 단면 영역(A),Ampere의 법칙 산출,
(1)
또한, 코일(v)을가로지르는 전압은 패라데이의 법칙을 이용하여 변속기의 변동률에 의해 결정될 수 있다. 이전에 설명한 동일한 코일의 경우,
(2)
플럭스밀도(B)도,
(3)
따라서,
(4)
따라서, 재료의 B-H 곡선을 추정하기 위해, i 및 v의 시간 일체형이 사용될 수 있다. N, l및 A가 알려지면 실제 B 및 H 수량으로 다시 스케일링할 수 있습니다.
v의시간 일체를 측정하기 위해, 코일과 병행하여 간단한 R-C 회로를 사용할 수 있다(도 1). R-C 디바이더는 VR≈v를설정되도록 작동 주파수에 R >> XC가 있어야 합니다. 이러한 가정을 사용하여 커패시터 전압 vC를 측정하면 v 이후의 시간 일체에 대한 합리적인 근사치가 제공되므로,
(5)
음수 기호는 시간 도메인 표현에 효과적이지만 RMS 및 최대 수량을 처리할 때 삭제해야 하므로 사용하는 것이 일반적입니다.
(6)
그림 1: 시험 회로를 테스트하여 인덕터의 B-H 곡선을 결정합니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
1. 상대적 투과성 식별
절차를 따라 작은 인덕터 (노란색 / 흰색 페릿 코어)의 상대적 투과성을 찾습니다. 코어 치수는 도 2에 표시되며 회전 수는 N=75입니다.
그림 2: 작은 인덕터 코어의 치수입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
2. 회전 수 식별
더 큰 검은 색 인덕터 (Bourns 1140-472K-RC)는 회전의 알 수없는 수를 가지고있다. 계산을 단순화하려면 코어를 반경이 1.5cm, 길이 2.5cm의 모든 공기 코어 솔레노이드로 가정합니다. 이 가정을 취하지 않으면 코어의 형상을 고려해야 하며 계산이 복잡해집니다. 그러나, 이 가정은 솔레노이드를 사용하면 플럭스가 장치의 양쪽에 공기를 통과해야 하며 공기가 지배적인 플럭스 경로 매체라는 점을 감안할 때 여전히 합리적이다.
60Hz 변압기의 3.B-H 곡선
이 데모에 사용되는 변압기는 115 V RMS에서 24V RMS로 단계아래로 단계이지만 이 실험에서 B-H 곡선 특성화에만 사용할 수 있으므로 120V RMS 단자만 사용됩니다. 변압기 치수는 도 3에 표시됩니다.
그림 3: 변압기 코어의 치수입니다. 이 그림의 더 큰 버전을 보려면 여기를 클릭하십시오.
코어 재료의 상대적 투과성을 찾기 위해 두 가지 방법을 사용할 수 있습니다. 첫 번째 접근법은 LCR 미터를 사용하는 것으로, 알려진 회전수(N)로만든 코일의 인덕턴스(L)가 측정되고, 상대투과성이 다음과 같이 계산될 수 있다.
코어의 거부: (7)
상대투과성(μr)은다음과 같이 한다.
(8)
여기서 μo는 진공의 투과성이고, l은 m의 평균 코어 길이이고, A는 m2의핵심 단면 영역이다.
예를 들어, 토로이드 코어가 내부 반경 r1 =1cm,외부 반경 r2=2cm, 1cm2의단면 영역, LCR 미터가 10 회전동안 1 μH를 읽는 경우 다음을 수행합니다.
l=2π(r2-r1)= 2π cm, 및 μ r=50,000.
두 번째 방법은 측정된 B-H 곡선을 사용합니다. 선형 영역에서, 이는 가시또는 근사치, 상대 투과성은 각 주파수에 대한경사(B=μrμoH)로부터찾을 수 있다. B 및 H 값을 찾으려면 이전 측정을 사용하여 프로브 팩터, 회로 요소 및 코어 치수에 대해 적절한 배율을 수행해야 합니다.
상대 투과성을 찾는 것과 유사한 접근 법에서 상대 투과성이 알려지지 않은 경우 회전 수를 찾을 수 있습니다. 이는 이전 방정식을 조작하여 N을찾도록 하여 이를 달성할 수 있습니다.
페릿의 경우, μr은 수천 의 순서에, 강철 및 강철 합금에 대한 동안, μr은 수십 또는 수백의 순서에 있습니다.
인덕터 및 기타 전자기장치(예:변압기)는 많은 전기, 전자 및 기계 시스템에서 매우 일반적이지만 특정 응용 분야에 대한 인덕터를 구입하는 것은 사소한 일이 아닙니다. 인덕터를 구입하더라도 데이터 시트 정보는 실제 자료, 회전 수 및 기타 세부 정보에 대한 모호성을 가질 수 있습니다. 이 실험의 테스트는 자신의 인덕터를 구축하거나 기성 용 인덕터를 구성하려는 엔지니어와 기술자에게 특히 유용합니다. 이는 전력 전자 응용분야(예:DC/DC 컨버터)뿐만 아니라 인덕터에 대한 자세한 정보가 필요한 전기 모터 드라이브애플리케이션(예:AC 필터 인덕터)에서 일반적입니다.
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