Калькулятор предназначен для проведения лабораторной работы по получению некоторых параметров и графиков зависимости магнитной проницаемости ферромагнетиков от напряженности магнитного поля. Ещё один важный параметр, вычисляемый этим калькулятором, — потенциально достижимый коэффициент прироста КПД второго рода — K_η2, теория получения которого полностью отражена в этих исследованиях. Этот коэффициент рассчитывается при параметрическом изменении индуктивности с обратной ЭДС в катушке, которая может быть сделана на основе данных этой лабораторной работы. Также, здесь можно определить токовые параметры генератора, который будет выводить эту катушку на рабочий режим в реальном устройстве. Пример реально измерянной характеристики ферритового кольца находится здесь.

Схема стенда для проведения лабораторной работы изображена ниже. Генератор синусоидальных сигналов G1 через сопротивление R1, подаёт напряжение на обмотку L1 торроидального трансформатора T1. Весь трансформатор содержит две обмотки, которые намотаны на ферромагнитный сердечник с разных его сторон. На второй его обмотке (L2) замеряется напряжение U2. Собственно, сама лабораторная работа состоит в том, чтобы подавать постепенно увеличивающийся по амплитуде сигнал с генератора G1, и записывать показания напряжений U1 и U2 в таблицу. Программа калькулятора автоматически будет пересчитывать их в значения индукции и напряжённости магнитного поля, строить графики и находить коэффициент K_η2. Чем больше будет получено таких значений (точек), тем точнее получится результат.

Для программы автоматического расчёта очень важно, чтобы значения напряжения U1 всё время увеличивались (свеху-вниз согласно таблице). Если нужно добавить ещё одну точку между уже созданными ранее — просто нажмите (+) между необходимых строк таблицы.

Удалить же строку в таблице можно просто нажав на (—).

Но чтобы программа начала свои вычисления, вначале необходимо внести данные о частоте генератора G1 и конструктивные параметры сердечника трансформатора T1. Эти данные вносятся один раз вначале и не меняются на всём протяжении лабораторной работы. И, если с частотой генератора, сопротивлением R1 и намоточными данными L1-L2 всё ясно, то с «Длиной средней линии сердечника» и с «Площадью поперечного сечения сердечника», могут возникнуть вопросы. В зависимости от конструкции сердечника эти параметры могут вычисляться по-разному. Например, для торроидального сердечника длина средней линии находится так: l_m = (D + d)*π/2, а площадь сечения — так: S_c = (D - d)*h/2, где: D — внешний диаметр кольца торроида, d — внутренний диаметр, π — число Пи, h — высота кольца.

На стенде показан торроидальный трансформатор, но его конструкция может быть и другой: квадратной, Ш-образной, броневой и т.п. Для калькулятора подойдёт любая — важно правильно задать параметры длины и площади сердечника.

Более подробно, и для других конструкций сердечников, вычисление этих параметров можно найти здесь.

Обратите внимание, что все длины и площади здесь считаются в миллиметрах.

Частоту генератора выбирают в диапазоне рабочих частот ферромагнитного сердечника. Если проводятся несколько исследований, то первой выбирают самую низкую частоту, например, 50Гц. Число витков обмоток L1 и L2, для большей точности измерений, нужно делать как можно большее, но не менее 50. Сопротивление R1 нужно выбирать в районе 10..30 Ом.

Измерять напряжения U1-U2 можно как двумя мультиметрами, так и двухлучевым осцилографом. Первый способ подходит для небольших частот: обычно мультиметры рассчитаны на диапазон частот 50..1000 Гц. Второй способ позволяет подняться на более высокие частоты. В этом случае, в осцилографе необходимо выбрать режим измерения напряжения — RMS.

Вообще говоря, для полноценного исследования ферромагнитного сердечника нужны несколько лабораторных работ, каждая — на своей рабочей частоте. Например, на 100, 1000 и 10.000 Гц.

Более подробно о стенде и об измерениях в этом калькуляторе читайте здесь.

В результате построения таблицы мы получаем график зависимости μ(H) и ещё один — M(I), который может понадобиться для этих расчётов и поиска оптимального режима по току в реальном устройстве. Также, выводятся некоторые ключевые значения магнитной проницаемости (μ₀ — начальная проницаемость, μ_min — минимальная для всего графика проницаемость, μ_max — максимальная) и коэффициента K_η2.

Значение этого коэффициента можно пересчитать для другого диапазона значений, для этого достаточно кликнуть по графику: будет произведён пересчёт K_η2 в выбранном диапазоне. Сам же диапазон будет подсвечиваться зелёным цветом. Это может быть полезным для корректировки рабочего участка по току в реальном устройстве. Нужно помнить, что выбор диапазона уменьшает число измерительных точек, а значит — точность подсчёта.

Да. Если полная характеристика сердечника не нужна, достаточно ввести основные данные и занести хотя-бы одно измерение в таблицу. Его нужно проводить при самом маленьком входном напряжении, но таком, чтобы точность измерений U1 и U2 была достаточной.

Данные сохраняются в локальное хранилище браузера и при открытии окна они восстанавливаются.

Данные хранятся пока не будет отрыт новый проект по ссылке. Такую ссылку можно получить, если нажать на кнопку «Поделиться». В этом случае данные перезаписываются с нового проекта.

Также можно нажать на кнопку «Очистить таблицу», тогда локальная память будет очищена вместе с таблицей. Это может быть удобным для начала новой лабораторной работы.

Нажмите на кнопку «Поделиться» и скопируйте ссылку к себе на компьютер. К слову, этой ссылкой можно обмениваться с друзьями и преподавателями, чтобы показать свою лабораторную работу (свой проект).