laboratornye_raboty

где xd - индуктивное сопротивление, обусловленное потоком

						= (	E	)2 -r2
	рассеяния	Фd ;	x = z2		-r2				индуктивное
			0	0	0		I	0 -

сопротивление, обусловленное основным (рабочим) магнитным потоком Ф, активная мощность, потребляемая катушкой с сердечником, определяется суммой электрических потерь в обмотке и магнитных потерь в сердечнике:

P=Pэ+Pм=rI2=UI cosφ.

Отсюда мощность магнитных потерь

Pм P Pэ P rI2.

Реактивная мощность катушки

Q=UI sinφ x0I2+xd I2.

Домашнее задание

По рекомендуемой литературе и конспекту проработать общие сведения о магнитных цепях, уяснить понятие магнитного сопротивления для участка магнитной цепи, понятие потокосцепления и его связь с ЭДС индукции. Знать и понимать уравнение электрического состояния катушки с сердечником. Четко представлять особенности электромагнитных процессов в магнитной цепи с переменной намагничивающей силой, влияние магнитной цепи на ток в обмотке, причины потерь энергии в сердечнике, цель замены реального переменного тока в обмотке эквивалентным синусоидальным током. Уметь строить векторную диаграмму катушки с сердечником. Знать методику опытного определения параметров схемы замещения и уяснить их физический смысл. Изучить экспериментальную электрическую схему и условные обозначения ее элементов. Обратить внимание на выражения для активной, реактивной и полной мощностей цепи, содержащей катушку с сердечником. Ознакомиться с определением потерь энергии в сердечнике и уяснить, как их можно снизить.

41

Повторить принцип действия амперметра и вольтметра электромагнитной системы и ваттметра ферродинамической системы, знать схемы их включения в электрическую цепь.

Приборы и оборудование

В работе используется универсальный стенд, трансформатор, виртуальные приборы: амперметр, вольтметры, ваттметр. Для упрощения расчетов рекомендуется использовать трансформатор с одинаковым числом витков первичной и вторичной обмоток. Электрическая схема собирается в соответствии со схемой с помощью проводов на наборной панели.

План работы

Рисунок 18

1.Ознакомиться со схемой и приборами, необходимыми для проведения работы, измерить с помощью мультиметра активное сопротивление r и записать число витков w исследуемой катушки и основные технические.

2. Собрать цепь и показать ее преподавателю.

42

3.Поставить потенциометр «ЧАСТОТА» в положение минимальной частоты.

4.произвести опыт, для чего потенциометром «АМПЛИТУДА» изменять напряжение на катушке от нуля до 10 В и записать 6-8 отсчетов. Данные занести в табл. 5. При равном числе витков первичной и вторичной обмоток трансформтора величина ЭДС E определяется показанием вольтметра V2. Если число витков отличается то величина ЭДС E увеличивается в n раз, где n – коэффициент трансформации трансформатора.

Таблица 5

	Измеренные величины						Вычисленные величины
U,		I,	P,		Е,	Фm,	Рэ,	Рм,	Ia,	Iм,	Z,
В		A	Вт		В	Вб	Вт	Вт	А	А	Ом

5. На основании опытных данных вычислить полное сопротивление Z, амплитуду магнитного потока Фm , мощность электрических и магнитных потерь, активную Ia и

намагниченную Iμ составляющие тока I по выражениям:

Ф	m		E	; I			Pм	;
			4,44 f w		a		E

где f - частота напряжения.

6. Построить зависимости:

U(I); z(I); Ia(U);

Iμ I2 Ia2 ,

Iμ (U).

7. Для напряжения, заданного преподавателем, построить в масштабе векторную диаграмму катушки с сердечником по рис.16. Построение начинается с вектора Фm . Затем

	. .	.	.
изображаются вектора Ė; -Ė;	Ia; Iμ; I и		rI, направленный
параллельно вектору İ. Для	определения		величины падения
	.
напряжения xd I из конца вектора r I		перпендикулярно вектору İ

проводится линия до пересечения с дугой окружности радиуса U с центром в точке 0.

43

8.Для напряжения, заданного в п.7, определить параметры схемы замещения по рис.17 и нарисовать ее.

9.Изменять воздушный зазор катушки от 0 до 10 мм через 2 мм и дальше до 20 мм через 6 мм. Напряжение на катушке при этом поддерживать постоянным. Измерять при этом мощность, потребляемую катушкой и ток. Данные занести в табл.6.

Таблица 6

	Измеренные величины						Вычисленные величины
δ,		U,	I,	P,	Е,	Фm,	Рэ,	Рм,	Ia,	Iм,	Z,
мм		В	A	Вт	В	Вб	Вт	Вт	А	А	Ом

10.Построить зависимости:

Фm(δ); z(δ); I(δ).

Контрольные вопросы

1.Где и с какой целью применяют катушки с ферромагнитным сердечником?

2.Почему магнитопровод выполняется из электротехнической стали, а не из неферромагнитного материала?

3.Как связаны магнитный поток, напряжение и ток в катушке со стальным сердечником? Нарисовать графики их мгновенных значений.

4.Растет или падает индуктивное сопротивление катушки при насыщении сердечника?

5.От чего зависят потери в сердечнике?

6.Как уменьшить потери энергии на гистерезис и вихревые токи?

7.С какой целью заменяют реальный переменный ток катушки эквивалентным синусоидальным?

8.Объяснить зависимость основного

потокосцепления и потокосцепления рассеяния d от тока i.

9. Нарисовать и объяснить схему замещении катушки с сердечником.

44

10.	Как определяются параметры схемы замещения и
зависят ли они от подводимого напряжения?
11.	Объяснить	характер	зависимостей
U(I); Z(I); Ia (U); Iμ (U).
12.	Объяснить	характер	зависимостей
Фm(δ); z(δ); I(δ).

Работа 6. ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

Цель работы: а) ознакомиться с устройством и принципом действия однофазного трансформатора;

б) изучить основные режимы работы трансформатора; в) освоить методику опытного определения основных

параметров трансформатора.

Пояснение к работе

Трансформатором называется статический электромагнитный аппарат, преобразующий переменный ток одного напряжения в переменный ток другого напряжения без изменения частоты. Основными частями трансформатора являются магнитопровод и обмотка. Магнитопровод выполняется из листовой электрической стали, на нем располагаются обмотки, количество которых может быть различно. В работе рассматривается двухобмоточный трансформатор. Первичная обмотка подключается к источнику переменного тока с напряжением U1, к вторичной подключают потребитель. Ток i1 , возникающий в первичной обмотке, создает переменный магнитный поток Ф. Замыкаясь в магнитопроводе, этот поток сцепляется с обеими обмотками и индуктирует в них ЭДС e1 и e2 . ЭДС во вторичной обмотке e2

создает ток нагрузки i2 . если в первичной обмотке w1 витков, а

45

во вторичной w2, то действующие значения ЭДС каждой обмотки будут

E1 4,44 ω1 Фm ; E2=4,44 ω2 f Фm,

где Фm - амплитуда магнитного потока Ф; f – частота

переменного тока.

В зависимости от нагрузки трансформатора возможны различные режимы его работы. В режиме холостого хода вторичная обмотка трансформатора разомкнута, в режиме короткого замыкания – замкнута накоротко; нагрузочный режим характеризуется конечными значениями нагрузочного сопротивления. В лабораторных условиях и при заводских испытаниях проводятся опыты по изучению этих режимов для определения параметров трансформатора.

6.1.Коэффициент магнитной связи

6.1.1.Общие сведения

Чтобы обеспечить требуемую магнитную связь между первичной и вторичной обмотками трансформатора, их помещают на общем сердечнике.

	Ф0
w1	w2
I1	I2
~U1	~U2	RH
	Фs
	Рисунок 19

Когда по первичной обмотке W1 протекает ток I1, то большая часть создаваемого им магнитного потока Ф0

46

KCВ

сцепляется также и с витками вторичной катушки W2 . Однако часть создаваемого первой катушкой потока ФS замыкается,

минуя вторую катушку. Эта часть потока называется потоком рассеяния.

Отношение

KCВ Ф0

Ф0 ФS

называется коэффициентом магнитной связи. Его можно выразить через напряжения U1 и U2 при холостом ходе и число витков:

KCВ =U2W1

U1W2

или через индуктивности и взаимную индуктивность

M .

L1L2

В идеальном трансформаторе коэффициент связи стремится к единице, однако равным или больше единицы он быть не может.

Во избежание искажения сигналов при их трансформировании и для исключения преждевременного магнитного насыщения материала сердечника постоянным током коэффициент связи уменьшают, разрывая сердечник (создавая воздушный зазор).

6.1.2. Экспериментальная часть

Задание

Измеряя напряжения, определите коэффициент магнитной связи между катушками

при наличии замкнутого сердечника, при наличии сердечника с зазором,

47

при наличии половины сердечника, при отсутствии сердечника.

Порядок выполнения эксперимента

Разместите первичную и вторичную катушки, имеющие по 900 витков каждая, на разъемном сердечнике, состоящем из двух половин, как показано на рис. 20.

Подсоедините источник синусоидального напряжения к выводам первичной обмотки согласно схеме (рис.21) и установите напряжение U1 =6…7 В, f=1 кГц.

	первичная	вторичная
		обмотка
	обмотка

	W1	W2
		900
	900
		Рисунок 20

48

Рисунок 21

49

					Таблица 7
			U1 , В	U2 , В	KCВ
При	наличии	замкнутого
сердечника
При	наличии сердечника с
воздушным зазором
При	наличии	половины
сердечника
При отсутствии сердечника

Измерьте мультиметром первичное и вторичное напряжения и занесите результат в табл. 7 (строка «При наличии замкнутого сердечника»). Вычислите KCВ .

Для измерения напряжений при наличии сердечника с зазором поместите квадратики плотной бумаги между верхней и нижней половинами разъемного сердечника, чтобы имитировать воздушный зазор.

Удалите одну подкову разъемного сердечника и повторите опыт.

Удалите сердечник полностью и заполните последнюю строку табл. 7.

6.2.Коэффициент трансформации

6.2.1.Общие сведения

Отношение числа витков первичной обмотки к числу витков вторичной обмотки трансформатора называют коэффициентом трансформации. Отношение чисел витков соответствует отношению первичного напряжения к вторичному при отсутствии нагрузки (холостом ходе) трансформатора и отношению вторичного тока к первичному при коротком замыкании.

50