ГОСТ 12119.4-98

ГОСТ 12119.4-98 Сталь електротехнічна. Методи визначення магнітних та електричних властивостей. Метод вимірювання питомих магнітних втрат та діючого значення напруженості магнітного поля

ГОСТ 12119.4-98

Група В39

МІЖДЕРЖАВНИЙ СТАНДАРТ

Сталь електротехнічна

МЕТОДИ ВИЗНАЧЕННЯ МАГНІТНИХ І ЕЛЕКТРИЧНИХ ВЛАСТИВОСТЕЙ

Метод вимірювання питомих магнітних втрат та діючого значення
напруженості магнітного поля

Electrical steel.
Методи test для magnetic and electrical properties.
Method for measurement of specific magnetic losses
and actual value of magnetic field intensity

МКС 77.040.20
ОКСТУ 0909

Дата введення 1999-07-01

Передмова

1 РОЗРОБЛЕН Російською Федерацією, Міждержавним технічним комітетом зі стандартизації МТК 120 «Металопродукція з чорних металів та сплавів»

ВНЕСЕН Держстандартом Росії

2 ПРИЙНЯТЬ Міждержавною Радою зі стандартизації, метрології та сертифікації (протокол N 13 від 28 травня 1998 р.)

За ухвалення проголосували:

3 Постановою Державного комітету Російської Федерації зі стандартизації та метрології від 8 грудня 1998 р. N 437 міждержавний стандарт ГОСТ 12119.4-98 введено в дію безпосередньо як державний стандарт Російської Федерації з 1 липня 1999 р.

4 ВЗАМІН ГОСТ 12119–80 у частині розділу 4

5 ПЕРЕВИДАННЯ

1 Область застосування

Цей стандарт встановлює метод визначення питомих магнітних втрат від 0,3 до 50,0 Вт/кг та діючого значення напруженості магнітного поля від 100 до 2500 А/м при частотах перемагнічування 50-400 Гц методом ватметра та амперметра.

Допускається визначення значень магнітних величин при частотах перемагнічування до 10 кГц на кільцевих зразках та на зразках зі смуг.

2 Нормативні посилання

У цьому стандарті використані посилання на такі стандарти:

ГОСТ 8.377-80 Державна система забезпечення єдності вимірів. Матеріали магнітом'які. Методики виконання вимірювань щодо статичних магнітних характеристик

ГОСТ 8476-93 Прилади аналогові що показують електровимірювальні прямої дії та допоміжні частини до них. Частина 3. Особливі вимоги до ватметрів та варметрів

ГОСТ 8711-93 Прилади аналогові що показують електровимірювальні прямої дії та допоміжні частини до них. Частина 2. Особливі вимоги до амперметрів та вольтметрів

ГОСТ 12119.0-98 Сталь електротехнічна. Методи визначення магнітних та електричних властивостей. Загальні вимоги

ГОСТ 13109-97 Електрична енергія. Сумісність технічних засобів електромагнітна. Норми якості електричної енергії у системах електропостачання загального призначення

ГОСТ 21427.1-83 Сталь електротехнічна холоднокатана анізотропна тонколистова. Технічні умови

ГОСТ 21427.2-83 Сталь електротехнічна холоднокатана ізотропна тонколистова. Технічні умови

3 Загальні вимоги

Загальні вимоги до методів випробування – за ГОСТ 12119.0 .

Терміни, що застосовуються у цьому стандарті, – за ГОСТ 12119.0 .

4 Підготовка зразків для випробувань

4.1 Зразки для випробування повинні мати ізоляцію.

4.2 Зразки кільцевої форми збирають із штампованих кілець товщиною від 0,1 до 1,0 мм або навивають зі стрічки товщиною не більше 0,35 мм і поміщають у касети з ізоляційного матеріалу товщиною не більше 3 мм або неферомагнітного металу товщиною не більше 0,3 мм. Металева касета повинна мати проміжок.

Відношення зовнішнього діаметра зразка до внутрішнього має бути не більше 1,3; площа поперечного перерізу зразка – не менше 0,1 см .

4.3 Зразки для апарату Епштейна виготовляють зі смуг завтовшки від 0,1 до 1,0 мм, довжиною від 280 до 500 мм, шириною (30,0±0,2) мм. Смуги зразка не повинні відрізнятись один від одного за довжиною більш ніж на ±0,2%. Площа поперечного перерізу зразка має бути від 0,5 до 1,5 см. . Число смуг у зразку має бути кратним чотирма, мінімальна кількість смуг — дванадцять.

Зразки анізотропної сталі нарізають уздовж напрямку прокатки. Кут між напрямками прокатки та нарізування смуг не повинен перевищувати 1°.

Для зразків ізотропної сталі половину смуг нарізають уздовж напряму прокатки, іншу – упоперек. Кут між напрямками прокатки та нарізки не повинен перевищувати 5°. Смуги групують у чотири пакети: два - зі смуг, нарізаних уздовж напрямку прокатки, два - упоперек. Пакети з однаково нарізаними смугами розміщують паралельно розташованих котушках апарату.

Допускається смуги нарізати під тим самим кутом до напрямку прокатки. Напрямок прокатки для всіх смуг, покладених в одну котушку, має бути однаковим.

4.4 Листові зразки виготовляють завдовжки від 400 до 750 мм. Довжина листа має бути не меншою за зовнішній довжини ярма: ширина листка — не менше 60% ширини вікна соленоїда. Допуск по довжині не повинен виходити за межі ±0,5%, шириною — ±2 мм.

Поверхня та форма листів повинні відповідати ГОСТ 21427.1 та ГОСТ 21427.2 .

5 Застосовувана апаратура

5.1 Встановлення. Схема установки наведена малюнку 1.

Малюнок 1 — Схема для вимірювань ватметровим методом

Малюнок 1 — Схема для вимірювань ватметровим методом

5.1.1 Вольтметри PV1 — для вимірювання середньовипрямленого значення напруги та подальшого визначення амплітуди магнітної індукції та РV2 — для вимірювання чинного значення напруги та подальшого визначення коефіцієнта форми його кривої повинні мати межу вимірювання від 30 мВ до 100 В, максимальний вхідний струм не більше 5 мА, клас точності не нижче 0,5 за ГОСТ 8711 .

Допускається використовувати дільник напруги до вольтметра PV1 для отримання відліків, чисельно рівних амплітудів магнітної індукції.

5.1.2 Ваттметр PW для вимірювання активної потужності та подальшого визначення питомих магнітних втрат повинен мати межу вимірювання від 0,75 до 30 Вт, номінальний коефіцієнт потужності – не більше 0,1 при частоті 50 Гц та 0,2 – при вищій частоті; клас точності не нижче 0,5 при частоті перемагнічування від 50 до 400 Гц або не нижче 2,5 при частоті більше 400 Гц за ГОСТ 8476 .

Допускається використовувати дільник напруги до ватметра для отримання відліків, чисельно рівних значенням питомих магнітних втрат. Вихід дільника напруги має бути з'єднаний з паралельним ланцюгом ватметра, вхід - з обмоткою II зразка Т2.

5.1.3 Амперметр РА для вимірювання діючого значення струму, що намагнічує, і наступного визначення діючого значення напруженості магнітного поля повинен мати межу вимірювання від 0,1 до 5,0 А, клас точності не нижче 0,5 за ГОСТ 8711 . Допускається збільшення найменшої межі виміру до 1,0 А при контролі навантаження струмового ланцюга ватметра. Максимальна потужність, що споживається амперметром при вимірі зі зразками з листів шириною більше 250 мм, повинна бути не більше 1,0 А; для інших зразків - не більше 0,2 В·А.

5.1.4 Частотомір РF для вимірювання частоти з похибкою, яка не виходить за межі ±0,2%.

5.1.5 Джерело живлення для намагнічування зразків повинен мати низькочастотний генератор із підсилювачем потужності або регулятор напруги зі стабілізатором частотою 50 Гц. Коефіцієнт несинусоїдності напруги навантаженого джерела живлення не повинен перевищувати 5% за ГОСТ 13109 . Номінальна потужність джерела при частоті перемагнічування 50 Гц повинна бути не менше 0,45 кВА на 1,0 кг маси зразка і не менше 0,3 кВА для значень, зазначених у таблиці 1.

Таблиця 1

Допускається використовувати підсилювач із зворотним зв'язком для отримання форми кривої магнітного потоку зразка, близької до синусоїдальної. Коефіцієнт несинусоїдності форми кривої ЕРС в обмотці не повинен перевищувати 3%; потужність, споживана ланцюгом зворотний зв'язок за напругою, має перевищувати 5% вимірюваних магнітних втрат.

5.1.6 Вольтметри PV1 і PV2, ланцюг напруги ватметра PW і зворотний зв'язок підсилювача повинні споживати потужність не більше 25% вимірюваного значення.

5.1.7 Котушка Т1 для компенсації магнітного потоку поза зразком повинна мати число витків обмотки I не більше п'ятдесяти, опір - не більше 0,05 Ом, опір обмотки II - не більше 3 Ом. Обмотки укладають на циліндричний каркас із немагнітного ізоляційного матеріалу довжиною від 25 до 35 мм, діаметром від 40 до 60 мм. Вісь котушки має бути перпендикулярна площині силових ліній зразка при закріпленні її на апараті Епштейна. Відносна різниця коефіцієнтів взаємної індуктивності котушки Т1 та апарату Епштейна без зразка не повинна виходити за межі ±5%.

Допускається виключати зі схеми (див. малюнок 1) котушку Т1 при магнітному потоці поза зразком, що не перевищує 0,2% вимірюваного.

5.1.8 Намагнічувальні I та вимірювальні II обмотки кільцевого зразка Т2 повинні відповідати вимогам ГОСТ 8.377.

5.1.9 Апарат Епштейна, що застосовується для випробування зразків, складених зі смуг, Т2 повинен мати чотири котушки на каркасах із немагнітного ізоляційного матеріалу з такими розмірами:

ширина внутрішнього вікна - (32,0 ± 0,5) мм;

висота - від 10 до 15 мм;

товщина стінок каркасу – від 1,5 до 2,0 мм;

довжина ділянки котушки з обмоткою – не менше 190 мм;

довжина котушки - (220 ± 1) мм.

Число витків в обмотках апарата вибирають відповідно до таблиці 2.

Таблиця 2

5.1.10 Листовий апарат, що застосовується для випробування зразків Т2 , повинен мати соленоїд та два ярма. Конструкція ярм повинна забезпечувати паралельність поверхонь, що стикаються, і механічну жорсткість, що виключає вплив на магнітні властивості зразка. Ширина полюсів ярм із електротехнічної сталі має бути не менше 25 мм, із прецизійних сплавів — 20 мм. Магнітні втрати у ярмах не повинні перевищувати 5% вимірюваних; відносна різниця амплітуд магнітного потоку в ярмах має виходити межі ±15%.

Допускається застосовувати апарати з розімкненими ярмами для вимірювання відносної зміни питомих магнітних втрат, наприклад, при оцінці залишкової напруги ГОСТ 21427.1.

Соленоїд повинен мати каркас з немагнітного ізоляційного матеріалу, на якому спочатку розташовують вимірювальну обмотку II, потім одним або декількома проводами - обмотку, що намагнічує I. Кожен провід рівномірно укладають в один шар.

Відносна максимальна різниця амплітуд магнітної індукції на ділянці зразка всередині соленоїда не повинна виходити за ±5%.

6 Підготовка до проведення вимірювань

6.1 Зразки зі смуг, листів чи кільцевої форми підключають, як зазначено на малюнку 1.

6.2 Зразки зі смуг або листів укладають в апарати. Зразки зі смуг укладають в апарат Епштейна, як зазначено на малюнку 2.

Малюнок 2 - Схема укладання смуг зразка

Малюнок 2 - Схема укладання смуг зразка

Допускається фіксувати положення смуг і листів в апаратах, створюючи тиск не більше 1 кПа перпендикулярно поверхні зразка поза котушок, що намагнічують.

6.3 Обчислюють площі поперечного перерізу , м , зразків:

6.3.1 Площа поперечного перерізу , м для зразків кільцевої форми з матеріалу товщиною не менше 0,2 мм розраховують за формулою

, (1)

де - Маса зразка, кг;

- Зовнішній і внутрішній діаметри кільця, м;

- Щільність матеріалу, кг/м .

Щільність матеріалу , кг/м , вибирають за додатком 1 ГОСТ 21427.2 або розраховують за формулою

, (2)

де і - масові частки кремнію та алюмінію, %.

6.3.2 Площа поперечного перерізу , м для зразків кільцевої форми з матеріалу товщиною менше 0,2 мм розраховують за формулою

, (3)

де - Відношення щільності ізоляційного покриття до щільності матеріалу зразка,

де - Щільність ізоляції, прийнята рівною 1,6 · 10 кг/м для неорганічного покриття та 1,1·10 кг/м - Для органічного;

- Коефіцієнт заповнення, що визначається, як зазначено в ГОСТ 21427.1

.

6.3.3 Площа поперечного перерізу S м , зразків, складених зі смуг для апарату Епштейна, розраховують за формулою

, (4)

де - Довжина смуги, м. с.

6.3.4 Площа поперечного перерізу листового зразка , м , розраховують за формулою

, (5)

де - Довжина листа, м. с.

6.4 Похибка визначення маси зразків не повинна виходити за межі ±0,2%, зовнішнього та внутрішнього діаметрів кільця – ±0,5%, довжини смуг – ±0,2%.

6.5 Вимірювання при значенні амплітуди магнітної індукції менше 1,0 Тл проводять після розмагнічування зразків у полі частотою 50 Гц.

Встановлюють напругу, що відповідає амплітуді магнітної індукції не менше 1,6 Тл для анізотропної сталі та 1,3 Тл - для ізотропної сталі, потім плавно зменшують його.

Час розмагнічування має бути не менше ніж 40 с.

При вимірюванні магнітної індукції у полі напруженістю менше 1,0 А/м зразки витримують після розмагнічування 24 год; при вимірі індукції у полі напруженістю більше 1,0 А/м час витримки може бути скорочено до 10 хв.

Допускається зменшувати час витримки за відносної різниці значень індукції, отриманих після нормальної та скороченої витримок, у межах ±2%.

6.6 Верхні межі значень вимірюваних магнітних величин для зразків кільцевої форми та складених зі смуг повинні відповідати амплітуді напруженості магнітного поля не більше 5·10 А/м при частоті перемагнічування від 50 до 60 Гц і трохи більше 1·10 А/м - при вищих частотах; нижні межі - найменшим значенням амплітуд магнітної індукції, наведеним у таблиці 3.

Таблиця 3

Найменше значення амплітуди магнітної індукції для листових зразків має дорівнювати 1,0 Тл.

6.7 Для вольтметра PV1, відградуйованого у середньовипрямлених значеннях, напруга , В, що відповідає заданій амплітуді магнітної індукції , Тл, та частоті перемагнічування , Гц, розраховують за формулою

, (6)

де - площа поперечного перерізу зразка, м ;

- Число витків обмотки II зразка;

- Сумарний опір обмотки II зразка Т2 і котушки Т1 , Ом;

- Еквівалентний опір приладів і пристроїв, з'єднаних з обмоткою II зразка Т2 , Ом, що розраховується за формулою

, (7)

де - активні опори вольтметрів PV1, PV2, ланцюги напруги ватметра PW і ланцюги зворотного зв'язку з напруги підсилювача потужності відповідно, Ом.

Величиною у формулі (6) нехтують, якщо її значення не перевищує 0,002.

6.8 Для вольтметра PV1, відградуйованого в діючих значеннях напруги синусоїдальної форми, значення величини U, розраховують за формулою

. (8)

6.9 За відсутності котушки Т1 розраховують виправлення , обумовлену магнітним потоком поза зразком, за формулою

, (9)

де - Число витків обмоток зразка Т2 ;

- магнітна постійна, Гн/м;

- Площа поперечного перерізу вимірювальної обмотки зразка, м ;

- Площа поперечного перерізу зразка, що визначається, як зазначено в 6.3, м ;

- Середня довжина магнітної силової лінії, м. с.

Для зразків кільцевої форми середню довжину магнітної силової лінії , м, розраховують за формулою

. (10)

У стандартних випробуваннях для зразка зі смуг середню довжину , м приймають рівною 0,94 м. При необхідності підвищення точності визначення магнітних величин допускається значення вибирати із таблиці 4.

Таблиця 4

Для листового зразка середню довжину магнітної силової лінії , м визначають за результатами метрологічної атестації установки;

- Амплітуда струму, А; розраховують залежно від амплітуди падіння напруги , В, на резисторі опором , Ом, включеному в ланцюг, що намагнічує, за формулою

, (11)

або за середньовипрямленим значенням ЕРС , В, наведеній в обмотці II котушки Т1 при включеній обмотці I в ланцюг, що намагнічує, за формулою

, (12)

де - Взаємна індуктивність котушки, Гн; не більше 1·10 Гн;

- Частота перемагнічування, Гц.

6.10 При визначенні питомих магнітних втрат в апараті Епштейна слід враховувати неоднорідність намагнічування кутових частин магнітного ланцюга запровадженням ефективної маси зразка , кг, яку для зразків зі смуг розраховують за формулою

, (13)

де - Маса зразка, кг;

- Довжина смуги, м. с.

Для кільцевих зразків ефективну масу приймають рівною масою зразка.

Ефективну масу листового зразка визначають за наслідками метрологічної атестації установки.

7 Порядок проведення вимірювання

7.1 Визначення питомих магнітних втрат засноване на вимірюванні активної потужності, що витрачається на перемагнічування зразка та споживаної приладами PV1, PV2, PW та ланцюгом зворотного зв'язку підсилювача. При випробуванні листового зразка враховують втрати у ярмах. Активну потужність визначають непрямим методом напруги на обмотці II зразка Т2.

7.1.1 На установці (див. малюнок 1) замикають ключі S2, S3, S4 та розмикають ключ S1.

7.1.2 Встановлюють напругу , або ( ), по вольтметру PV1; частоту перемагнічування , Гц; перевіряють по амперметру РА, що ватметр PW не перевантажений; замикають ключ S1 та розмикають ключ S2.

7.1.3 При необхідності регулюють джерелом живлення показання вольтметра PV1 для встановлення заданого значення напруги та вимірюють діюче значення напруги , В, вольтметром PV2 та потужність , Вт, ватметром PW.

7.1.4 Встановлюють напругу, що відповідає більшому значенню амплітуди магнітної індукції, та повторюють операції, зазначені в 7.1.2, 7.1.3.

7.2 Визначення діючого значення напруженості магнітного поля засноване на вимірюванні струму, що намагнічує.

7.2.1 На установці (див. малюнок 1) замикають ключі S2, S4 та розмикають ключі S1, S3.

7.2.2 Встановлюють напругу або U, В, частоту перемагнічування , Гц, і визначають по амперметру РА значення струму, що намагнічує , А.

7.2.3 Встановлюють більше значення напруги та повторюють операції, зазначені в 7.2.1 та 7.2.2.

8 Правила обробки результатів вимірювань

8.1 Коефіцієнт форми кривої напруги на обмотці II зразка розраховують за формулою

, (14)

де - Чинне значення напруги, В;

- напруга, обчислена за формулою (6), Ст.

8.2 Питомі магнітні втрати , Вт/кг, зразка зі смуг або кільцевої форми розраховують за формулою

, (15)

де - Ефективна маса зразка, кг;

- Середнє значення потужності, Вт;

- Чинне значення напруги, В;

- Число витків обмоток зразка Т2 ;

- Див. 6.7.

Величинами і нехтують, якщо ставлення не перевищує 0,2% від , а відношення не перевищує 0,002.

Похибка визначення опору має виходити межі ±1%.

Допускається замість напруги підставляти величину, що дорівнює 1,11 при = 1,

11±0,02.

8.3 Для виключення впливу спотворень форми кривої магнітного потоку на результат вимірювання магнітних втрат проводять коригування, засноване на тому, що магнітні втрати дорівнюють сумі втрат на гістерезис і вихрові струми, причому перша величина не залежить від спотворень форми кривої магнітного потоку, а друга - пропор коефіцієнта форми кривої напруги на обмотці ІІ зразка

8.3.1 При відмінності значення коефіцієнта форми кривої напруги від 1,11 більш ніж на ±1% питомі магнітні втрати для синусоїдальної форми кривої магнітного потоку , Вт/кг, розраховують за формулою

, (16)

де - Питомі магнітні втрати, Вт/кг;

- Відношення питомих магнітних втрат на гістерезис до питомих магнітних втрат.

8.3.2 Коефіцієнт форми кривої напруги повинен бути в інтервалі 1,08-1,16 при вимірі питомих магнітних втрат і 1,09-1,13 - при вимірі чинного значення напруженості магнітного поля.

8.3.3 Значення величини вибирають із таблиці 5.

Таблиця 5

Допускається величину розраховувати за магнітними втратами, виміряними при двох значеннях коефіцієнта форми кривої напруги та постійних значеннях амплітуди магнітної індукції та частоти, за формулою

, (17)

де і - магнітні втрати, що відповідають і визначені, як зазначено в 8.1, Вт;

= 1,11 ± 0,05.

Магнітні втрати , Вт, вимірюють, як зазначено в 7.1.1-7.1.4, при включенні в ланцюг, що намагнічує, резистора, для якого різниця ( - ) має бути більше 2

%.

8.3.4. При відхиленні частоти перемагнічування , Гц, від номінальної , Гц, розраховують поправку на магнітні втрати , Вт, за формулою

. (18)

Виправлення вводять за частоти = 50 Гц та відношенні в інтервалі від 0,5 до 2,0%.

8.4 Питомі магнітні втрати , Вт/кг, у листовому зразку розраховують за формулою

, (19)

де і - Див. Формулу (15);

- Магнітні втрати в ярмі, Вт, при амплітуді магнітного потоку , Вб, що розраховується за формулою

, (20)

де - Амплітуда магнітної індукції, Тл;

- Площа поперечного перерізу зразка, м .

Для синусоїдальної форми кривої магнітного потоку питомі магнітні втрати , Вт/кг, розраховують за формулою (16).

8.5 Чинне значення напруженості магнітного поля , А/м, розраховують за формулою

, (21)

де - Довжина магнітної силової лінії, що визначається, як зазначено в 5.9, м;

- Намагнічуючий струм, А;

- Число витків обмотки I зразка.

8.6 Похибка вимірювання питомих магнітних втрат зразків зі смуг та кільцевої форми не повинна виходити за межі ±2,5% при частоті перемагнічування від 50 до 400 Гц та ±5% – при частоті, що перевищує 400 Гц; листових зразків - ±3%.

8.7 Похибка вимірювання чинного значення напруженості магнітного поля не повинна виходити за межі ±5%.



Текст документа звірений за:
офіційне видання
Сталь електротехнічна.
Технічні умови. Методи аналізу:
Зб. ГОСТів. -
М: ІПК Видавництво стандартів, 2003