Копилка

Итак продолжаем ... практикум по трансформаторам.

Динамически подключаем нагрузку 100Вт сначала к первичке трансформатора, потом ко вторичке.
Смотрим на поведение выбросов "тока намагничивания" в зависимости от длительности и периодичности подключения нагрузки ко вторичке.




А теперь смотрим на тот же процесс, но в пределах одной фазы напряжения 50Гц.

Магнитное эхо

Конденсатор динамически подключается ко вторичке не нагруженного трансформатора.
Индуктивность вторички - 4.6Гн. Емкость - 500нф.





Экс в динамике.


Период повторения полного цикла 8 периодов сети.
Сделано, чтобы по возможности исключить взаимовлияние между циклами...

Срок хранения "пупырышка"

Если вы помните, в одном из моих опытов показывалось присутствие постоянного тока в замкнутой на нагрузку вторичной обмотке и эффекты при ее кратковременном размыкании.
Амплитуды там были очень небольшие, и вполне могли быть отнесены к погрешностям эксперимента "на коленке".
Сейчас найдена комбинация фазовых и временных параметров, при которых эффект проявляется несколько ярче.
Наличие второго генератора позволило провести этот давно планируемый экс.
Цель его - получить ответ на вопрос: есть ли некий эквивалент ОЭДС, но в магнитном поле?

Схема экспа.


Цикл повторяется через 8 периодов сети.
Сначала подается питание на первичку, при этом лампа 100Вт подключена ко вторичке.
Затем напряжение питания снимается и через определенное время ненадолго нагрузка отсоединяется от вторички.
И вот что за этим следует....



Причем выброс можно получить и в следующем периоде, и через один и т.д.
Энергия для него, похоже, хранится в сердечнике.
Чем позже по периодам отключаем нагрузку - тем более падает амплитуда.


Эта картинка составлена из нескольких осциллограмм, чтоб показать как меняется амплитуда если отсоединять нагрузку через один или несколько периодов.
Внимание - выброс получается только один раз в одном цикле (8 периодов).
То что на осциллограмме их много это только для того чтобы было легче сравнить амплитуду.

Вот так выглядит ток в цепи нагрузки...

lari пишет: Фантом после ряда эксов у меня возникли сомнения по поводу сдвига фаз! Не вызывает сомнение сдвиг фазы напряжения от тока. Ну а дальше, как только появился ток- появилось магнитное поле, которое моментально наводит ЭДС во всех обмотках Тр. Если закоротить вторичную обмотку Тр, то мгновенно возникает ток, мгновенно появляется поле и мгновенно наводит противо ЭДС в первички. Пока это предположение.

Коротим вторичку и замеряем ток в первичке.







Исходные осцилки

парочка интересных не моих экспериментов с сердечниками и управлением поля постоянного магнита..





Тут из опытов видно как могут отличатся свойства материала сердечника, из-за чего у экспериментаторов могут отличатся результаты одних и тех же опытов над трансформаторами. По видимому сердечник который не держит магнитный поток, имеет повышенное сопротивление этому потоку, по эффекту как будто имеется зазор.

Вспомним зачем собственно нам нужен сердечник нашего 50Гц трансформатора.
А нужен он нам ровно для сокращения габаритов этого полезного в хозяйстве устройства.
Можно ли было бы выполнить 50гц трансформатор без сердечника? Теоретически - да. Но!
Габариты его бы были во много-много раз больше трансформаторов с сердечником.
И все это за счет такого свойства материала сердечника, которое именуется магнитной проницаемостью.

Определение из википедии - "Магнитная проницаемость — физическая величина, коэффициент (зависящий от свойств среды), характеризующий связь между магнитной индукцией {B} и напряжённостью магнитного поля {H} в веществе."
Что называется красиво, но ....

Попробуем по другому : Магнитная проницаемость - величина, характеризующая реакцию среды на воздействие внешнего, по отношению к этой среде, магнитного поля.

Или по третьему : Физическая величина, показывающая, во сколько раз индук­ция магнитного поля в среде больше или меньше индукции маг­нитного поля в вакууме, называется магнитной проницаемостью среды µ.

µ вакуума принята на 1.
Как вы знаете, по магнитным свойствам, все остальные вещества в природе условно делятся на две категории: диамагнетики и парамагнетики.
Диамагнетики как бы выталкивают магнитные силовые линии из своего обьема, и их µ < 1.
Парамагнетики , наоборот, как бы впитывают в себя (концентрируют) магнитные силовые линии в своем обьеме, и их µ > 1.
Из самых ярких представителей класса диамагнетиков можно привести графит и висмут - µ висмута=0,9998.
Большинство парамагнетиков также имеют слабое отличие от 1. Например µ алюминия=1,000023
Однако среди парамагнетиков можно выделить целый класс веществ, µ которых превышает 1 в десятки и сотни тысяч раз.
Такие вещества называются ферромагнетиками. Именно их мы и будем рассматривать в дальнейшем и именно их них и изготовлен сердечник обыкновенного трансформатора. Именно такой сердечник способен "сгустить" линии магнитного поля настолько, чтобы уместить скажем 1000ВА трансформатор на 50Гц в обьеме грубо 15 на 15 на 15см. Для аналогичного по мощности трансформатора на частоту 50Гц без сердечника потребовались бы кубометры.

Обозначим основные свойства ферромагнетиков.
1) Магнитная проницаемость ферромагнетиков зависит от величины внешнего магнитного поля.
2) Зависимость магнитной индукции внутри ферромагнетиков от величины приложенного магнитного поля имеет как линейный так и нелинейный участки. С этим связано понятие насыщения ферромагнитных материалов.
2) В знакопеременных магнитных полях ферромагнетикам присуще свойство называемое гистерезисом. По ширине петли гистерезиса ферромагнетики делятся на магнито-мягкие ( из них изготавливают сердечники трансформаторов) и магнито-твердые (из них изготавливают постоянные магниты).
3) При нагреве выше определенной температуры, называемой точкой Кюри, ферромагнетики почему-то теряют свои магнитные свойства. И еще при плавном нагревании, в зоне температур близких к точке Кюри, ферромагнетики способны резко повышать свою магнитную проницаемость.

Понятно что сказано всего несколько слов, но я не претендую на полноценный лекционный курс, а просто буду давать краткие справки, которые нам помогут в дальнейшем говорить на одном языке.

Продолжим!
Типичная зависимость магнитной проницаемости ферромагнетика от индукции внешнего магнитного поля.


Согласно теории все основные свойства ферромагнетиков обусловлены доменной структурой их кристаллов.
Домен-это область кристалла, где магнитные моменты атомов ориентированы параллельно определенному кристаллографическому направлению. При отсутствии внешнего магнитного поля каждый домен спонтанно (самопроизвольно) намагничен до насыщения, но магнитные моменты отдельных доменов направлены различно и полный магнитный момент ферромагнетика равен нулю. Между доменами имеются переходные слои (доменные стенки), внутри которых магнитные моменты постепенно переходят от направления одного домена к направлению соседнего.
При помещении ферромагнетика во внешнее магнитное поле векторы намагниченности каких-либо доменов окажутся совпавшими или близкими к совпадению с вектором напряжённости внешнего магнитного поля. Потенциальная энергия таких доменов будет минимальной, тогда как потенциальная энергия всех остальных доменов повысится за счет воздействия внешнего поля. Для того чтобы понизить энергию системы, области благоприятно ориентированных доменов растут. Как следствие увеличивается намагниченность (М) и, следовательно, возрастает индукция (В). Зависимость индукции от напряженности внешнего магнитного поля принято называть кривой намагничивания.



На начальном участке кривой намагничивания увеличение напряженности внешнего поля ведет к незначительному росту индукции, причем при отключении внешнего поля индукция снижается до нуля. Этот участок принято называть участком обратимого намагничивания. На втором участке незначительное изменение напряженности внешнего поля ведет к заметным изменениям индукции. Этот участок принято называть участком резкого роста индукции или областью скачков Баркгаузена. На третьем участке кривой намагничивания зависимость индукции от напряженности внешнего поля вновь ослабевает. Этот участок называют участком замедленного намагничивания. На четвертом участке индукция растет пропорционально напряженности магнитного поля. Этот участок называют участком насыщения. При этом считается что все домены в материале поменяли свою ориентацию согласно внешнему полю, и дальнейшее увеличение напряженности поля уже не влияет на величину магнитной индукции в материале.

Проведем простейший эксперимент.



Станем подавать на обмотку прямоугольные импульсы напряжения 200В с частотой 50Гц, постепенно увеличивая их длительность и регистрируя ток в обмотке.



Ознакомится с осциллограммами можно по следующей ссылке .

Желтый луч - на затворе ключа. Синий луч- ток в цепи обмотки (масштаб - 1В = 1А)

На графиках мы видим соответствие результатов экспа с тем что написано в учебниках.
На данном этапе изложения для нас важно подтверждение того, что после входа в насыщение, сердечник трансформатора как бы исчезает... (розовая честь графика). И дальнейший рост тока определяется только параметрами катушки, практически без учета влияния сердечника.

Вот так выглядит динамика насыщения сердечника при подаче постепенно повышающегося синусоидального напряжения.



Желтое напряжение на обмотке, синее ток в обмотке.
Амплитуды специально скорректированы так, чтобы получился один визуальный размер кривых.
Это сделано для удобства наблюдения изменений формы тока.
Отдельные осцилки можно посмотреть тут