Заснемане хистерезисната крива на нанокристални и аморфни сплави

[Bat_Vanko]

Здравейте, колеги. От известно време работя с нанокристален материал. Необходимо ми е да получа максимално правоъгълна хистерезисна крива. Пробичките съдържат по около 100 навивки нанокристален материал. Термообработката се извършва при температура над тази на кристализация на материала в среда с аргон. Надлъжното магнитно поле за термомагнитната обработка по теория трябва да бъде 800 A/m. На практика достигнах до стойности от 8000 A/m без да мога да постигна правоъгълност на характеристиката по-добра от 0.6. Започвам да мисля, че проблема не е в самата термообработка, а измерването след това. Тъй като пробичките представляват спирално навита лента, магнитните силови линии винаги се затварят през въздушна междина ( в случая около 10 - 15 um ). Реално се получава тороид с въздушна междина, а от там и наклон на хистерезисната крива. Но това предполага, че извеждането на хистерезисната крива на един материал от такава пробичка трябва да се извършва по определени математически формули или методика. В своите каталожни данни производителите мисля, че дават информация за материала, а не за пробите чрез които достигат до тези данни. Някой сблъсквал ли се е с подобен проблем? Можете ли да подскажете някакво решение?

[Bat_Vanko]

Колега, altium
заснемането на хистерезисната крива го правя по всички правила:
1. Две намотки - първична за подаване на подмагнитващия ток и вторична - за определяне на индуцирания поток;
2. На двуканален осцилоскоп определям тока на подмагнитване и получената от него индукция;
3. Интегрирам получените резултати по два различни начина:
3.а) Цифрово - посредством компютърна програма като задавам отделните замерени стойности
3.б) Хардуерно - с помощта на операционен усилвател свързан като интегратор и настроен на 50 Hz.
И при двата начина на измерване резултатите са идентични. И въпреки извършената термомагнитна обработка на материала не мога да постигна параметрите давани от производителите. Или може би съм ги постигнал, но като материал, а самата изработка на тороида създава изкривяване на резултатите.
Въпроса ми е: коректно ли е да се разглежда тороид навит от лента с изолационно покритие като тороид с въздушна междина равна на дебелината на изолацията между витките, и как след това измерените характеристики на реален тороид могат да бъдат преизчислени към характеристики на материала.
Това, което ме смущава в случая е, че очаквам да получа максимална магнитна проницаемост около 1 000 000, а реално измерените стойности са около 40 000. Досега търсех проблема в термообработката на материала, но може да бъде и в методиката на измерване.
Моля, някой който е срещал подобен проблем в практиката или теорията да помогне.

[getca]

Здрасти, Bat_Vanko...

Как точно навиваш лентата, дай подробности ?.. Ако е като Архимедова спирала , то имаш отворена магнитна верига с междина много по-голяма от дебелината на изолацията между две навивки. При монолитна сърцевина с тороидална форма силовите линии се затварят по периметъра. Според мен за да стане това при теб е нужно да навиваш с безконечна лента или на която са вързани началото с края. На практика ще навиваш с двойна лента, нещо като това , само че свързани и външните краища на лентата.
Е, това ми беше хрумването... ...давай по-бързо резултата, че МЕГа мухляса заради точно този проблем с подходяща сърцевина на магнитния комутатор...

Поздрави...

ПП...и още нещо, Архимедовата спирала може да работи коректно, ако силовите линии са напречни, а не надлъжни. За да стане това сърцевината трябва да участвува във външна затворена магнитна верига, подобна на тази в МЕГа. В този случай управляващата намотка трябва да бъде навита по периметъра на тороида, а не с прошиване както обикновено.

[Bat_Vanko]

Здравей, Getca
радвам се че предизвиках възраждането на практическите работи по МЕГа (  стига локуми). Лентата е китайска модел 1K107, нетермообработена ( японски аналог "Finemet"). Дебелина 32 um (28 um според производителя), широчина 35 mm. Лентата е без изолация и се налага аз да нанеса такава за да намаля вихровите токове. Навиването става по Архимедова спирала, коефициента на запълване е около 66 - 70 % (останалото е хлабина между витките). Лентата е много крехка и не мисля, че ще бъде възможно да се навие като двойна лента. По мои предположения (подкрепени с изчисления) при наличието на въздушен процеп с дебелина 2 um максималната магнитна проницаемост на конструкцията намалява от 1 000 000 на 40 000, така че варианта с напречното разполагане на сърцевина тип Архимедова спирала не е решение.
ПП ... как става прикачването на файлове, за да изпратя файла с фабричните спецификации на материала?

[getca]

Мисля, че си постигнал добър резултат за такова навиване. Проницаемостта пада рязко поради големия брой междини, които преодоляват силовите линии между отделните навивки. Също така и В-Н кривата получава по-голям наклон (по-малка стръмност).
За сравнение погледни това, материал NANOPERM на немската фирма Magnetec. Лентата е двойно по-тънка от твоята, навита по същия начин и постигат максимално u=80000-100000.
Прикачвам характеристиките му - хистерезисна крива, загуби и т.н...

За да се постигне много голяма проницаемост би трябвало тороидът да е направен от ламели, подобно на железата за 50Хц. При тази крехкост и малка дебелина обаче не виждам как ще стане.

Прикачването на файлове става като цъкнеш на Прикачени файлове и допълнително опции и после бутон Browse за избиране на файла някъде по диска.

[Bat_Vanko]

Ако имаш предвид ламели като трансформаторите за 50 Hz то няма как да се постигне нулева въздушна междина по дължината на магнитната линия. Но ако става въпрос за изсичане (щанцоване) на пръстен от лентата, то тука вече може да излезе нещо интересно. Няма въздушна междина със своето съпротивление и насищането може да настъпи още при стойности по-малки от 1 A/m. Трудностите са основно технологични - аз запецнах точно тук. Със стружкоотнемане не става - лентата става на дреп. На ерозийка не става - заварява лентите. С абразивно (диамантено) свредло - става но трудно, но създава осенъци и контакт между лентите. На хидроабразивна машина ми отказаха поради някакви си причини (явно се уплашиха от техническите изисквания). На електрохимична размерна машина се получава добре и бързо. В страната обаче не намерих такава и затова си я правя сам - в момента почти съм я завършил.
Но мисля, че излизаме от темата затова ако има интерес към технологията за механична и термомагнитна обработка на нанокристалните сплави може да отворя друга тема.
Прикачвам фаил с фабричните спецификации на материала:

[Bat_Vanko]

За да проверя до колко може да се намали въздушната хлабина и съответно да се увеличи магнитната проницаемост навих една проба без никаква изолация между листовете (дори почистих праха по повърхностите). Средната въздушна междина е 5 um (вероятно има контакт по върховете на грапавините). Би следвало да има и повишение на вихровите токове. За сравнение давам и снимка на аналогична проба с изолация и средна въздушна междина 15 um. И при двете проби - Hmax = 120 A/m. Bmax = 1.2 T.
Както се вижда повишаването на максималната магнитна проницаемост е значително, и очаквам при правилна изработка на магнитните ключове тяхната магнитна проницаемост да достигне 1 000 000.
Моето учудване предизвика пълната липса на повишени вихрови токове. В момента търся обяснение на ефекта, ако някой има идея да помогне.

[varvarin]

Въздушната междина която остава (5 микрона) е достатъчна за да влоши многократно електрическия контакт между отделните навивки лента. Вихровите токове се пораждат от сравнително ниски по стойност ЕДС (имам предвид нискочестотната област) и увеличаването на съпротивлението бързо ги свежда до незначителни стойности. Не знам какво е специфичното съпротивление на лентата, възможно е да е достатъчно високо за да не се усети разлика в честотния диапазон във който се мери.
Любопитно ми е между другото, как точно се измерва наличието на вихрови токове.

Поздрави!

[Иван Димов]

   Вихровите токове са насочени според правилото на Ленц обратно на тока в намагнитващата бобина. Така за да се достигне едно и също намагнитване на желязото, при наличие на вихрови токове, трябва по-голям ток в бобината. Като гледам снимките на осцилоскопа е точно така. Долната снимка (без вихровите токове) показва намагнитване с по-малък ток - H [A/m] е по-малко. Ако разбира се мащаба по х е един и същ за двете снимки. Вижда се, че "коляното" на графиката долу се достига с по-малък интензитет Н. Иначе би трябвало с вихрови токове да има топлинни ефекти при продължителна работа.

[Bat_Vanko]

Въздушната междина е средно 5 микрона, но материала има някаква грапавина и се навива стегнато, което означава задължителен контакт най-малко по върховете на грапавините (може би малката площ на контакт намалява вихровите токове). От друга страна изхождайки от името вихрови токове си мисля, че те би трябвало да се затварят и при точков контакт. Това означава, че: или материала може да работи без всякаква изолация (егати китайците); или честотата е твърде ниска (50 Hz ). Наличието на вихрови токове разширява ВН диаграмата в основата си, също като при повишаване на честотата (хистерезисни загуби), но не указва влияние на подмагнитващия ток. И двете проби са термообработени и замерени при едни и същи условия (разликата трябва да е по-малка от 2% ), мащаба също е един и същ. Съпротивлението на материала може да се види от спецификацията (по-нагоре) иначе за лентата е около 19 милиом/см дължина.
При намагнитването на метала се подава някаква мощност, след отнемане на захранването част от тази мощност се връща обратно към източника и именно разликата между двете мощности дава сумата на вихровите и хистерезисните загуби. Графично това е площта заключена вътре в хистерезисната крива, но за един цикъл на намагнитване.
Но не знам по какъв начин могат да се разделят загубите от вихрови токове от тези - хистерезисните. И двете предизвикват загряване на материала - така че не  е това начина за измерване.

[Иван Димов]

При едно и също напрежение върху бобината, би трябвало тя да консумира повече ток при наличие на вихрови токове. Вихровите токове са все едно вторична бобина и както при трансформаторите, когато вторичната бобина консумира ток, първичната увеличава тока също. При вихрови токове ВН кривата "поляга", защото Н  [A/m] е по-голямо. Ако площта, заградена от кривата определя загубите и от хистерезис, и от вихрови токове, няма как да ги разграничим. Трябва да се направят две идентични по размери проби, но едната да е плътна (електропроводима), а другата да е от изолирани ламели и да се види разликата в намагнитващата мощност  P = I.U. Все едно имаме обикновен трансформатор, първо работи на празен ход, а после с товар на вторичната намотка от вихрови токове.
   Това с каква цел се прави? Аз съм навивал тороидални магнитопроводи от електротехническа ламарина. Навивам ги ръчно като вита баница. Ето една снимка.

[Bat_Vanko]

Много бъркаш адаш,
да сравняваш трансформатора с магнитния ключ е все една да сравняваш домата с ябълката. На външен вид си приличат, но се различават по вида намотки; по характеристиките на използвания материал; по работната точка. Магнитните ключове работят в зоната на насищане на материала и тока през веригата зависи само от активното й съпротивление и евентуално флуктоациите на мрежовото напрежение. ВН кривата поляга при по-малка магнитна проницаемост на детайла ( не само на материала ) за справка погледни спецификациите на NONAPERM публикувани по-горе, и не зависи от Н . Като критерий за това "полягане" се въвежда показателя "правоъгълност на хистерезисната крива".
Виж в едно нещо си прав: "Това с каква цел се прави?" има ли смисъл толкова да издребнявам?
Разликата в моите диаграми и тези на NANOPERM мисля, че се дължи на начина на изработка: вътрешните намотки се навиват по-стегнато, с по-малка въздушна хлабина и те съответно се насищат по-рано от външните. Затова има по-плавен преход към насищане.
Относно навиването спазвам принципа: "Ако искаш нещо да работи направи го както трябва"

[Иван Димов]

цитат на Bat_Vanko

Но не знам по какъв начин могат да се разделят загубите от вихрови токове от тези - хистерезисните. И двете предизвикват загряване на материала - така че не  е това начина за измерване.

   Аз останах с впечатлението, че искаш да замериш само загубите от вихрови токове. Затова ти предложих да направиш две замервания на еднакви по размери и тегло магнитопроводи, различаващи се само по това, че единият е от изолирани листове. По подобен начин се смята мощността и при индукционните пещи, при които нагряването се осъществява от вихровите токове. А иначе малките размери на тороида сигурно дават някакво отклонение в намагнитването.

[Bat_Vanko]

Извинявам се ако съм подвел някого. От една година правя експерименти с два различни модела нанокристален материал. И понеже китайците отказаха да ми дадат технологията на термообработка се налага да я налучкам сам. Прегледах много статии и патенти за аналогични материали и въпреки, че спазвам изискванията на технологията не успях да постигна параметрите посочени за този материал. Getca публикува малко информация за NANOPERM, но там не става ясно наклона на хистерезисната крива по време на термомагнитната обработка ли се постига (прилага се магнитно поле напречно на посоката на навиване ) или е в следствие на навиване тип "Архимедова спирала". Надявах се да има някаква възможност от измерените резултати за дадения тороид да се изчислят и характеристиките на самия материал от който е навит. Направих програмка за обратно преизчисляване но се указа, че грешката е толкова голяма, че обезмисля цялата операция.

[varvarin]

Да, площта заградена от ВН кривата е пропорционална на загубите в магнитопровода. От нея могат да се определят специфичните загуби за конкретния магнитопровод (от хистерезис и вихрови токове сумарно). Предполагам си сравнил площта със и без изолация между навивките на магнитопровода. То е ясно че без изолация има точков контакт между навивките. Вихровите токове се пораждат от същата ЕДС от която се поражда и вторичния ток. Така че те са един вид вторични токове които загряват сърцевината без ние да желаем това. Понеже пространствената ориентация на ЕДС е кръгова, максимални токове имаме при кръгъл токов контур с диаметър близък до този на намотката. Въпреки че имаш контакт между слоевете, той не образува контур с толкова голям диаметър и обхваща по малка част от потока. Или ако искаш да максимизираш вихровите токове трябва така да навиеш лентата, че от двете страни между всеки слой трябва да има плътна връзка :-)  Това може да стане със запояване или заваряване :-) Не знам дали си забелязвал че на някои мрежови трансформатори (на някои микровълнови печки например) са им заварени магнитопроводите, обаче само от едната страна. По този начин не се образува контур за вихровите токове. Така че аз смятам за напълно нормално при тази ниска честота да не можеш да направиш разлика между двата случая. Ако включиш товар на вторичната докато гледаш кривата на скопа ще видиш как площта и се увеличава. Затова ако правиш прецизно измерване трябва да отчетеш това което консумира интегратора...

Що се отнася до това да получиш заводските характеристики - това не е много лесна задача. Стръмността на кривата зависи от доста фактори един от които е и конструкцията на самия магнитопровод.
 
Поздрави!