ПОЗНАВАТЕЛЬНОЕ

Оси и плоскости тела человека - Тело человека состоит из определенных топографических частей и участков, в которых расположены органы, мышцы, сосуды, нервы и т.д.

Отёска стен и прирубка косяков - Когда на доме не достаёт окон и дверей, красивое высокое крыльцо ещё только в воображении, приходится подниматься с улицы в дом по трапу.

Дифференциальные уравнения второго порядка (модель рынка с прогнозируемыми ценами) - В простых моделях рынка спрос и предложение обычно полагают зависящими только от текущей цены на товар.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИИЯ

12 3

Кафедра автоматики и

электротехники

ОПД.Ф.06.01 Теоретическая и общая электротехника

Методические указания № 3

к выполнению лабораторных работ по дисциплине

ОПД.Ф.06.01 Теоретические основы электротехники

Специальность 110302 – Электрификация и автоматизация сельского хозяйства

Уфа 2010

УДК 621.3.024/025:378.147

ББК 22.33:78.58

Рекомендовано к изданию методической комиссией энергетического факультета Башкирского государственного аграрного университета (протокол № ____ от ____________________.)

Составитель: ст. преподаватель кафедры автоматики и электротехники Хабибуллин М.Л.

Рецензент: д. т. н., профессор каф. электрических машин и электрооборудования Аипов Р.С.

Ответственный за выпуск: заведующий кафедрой автоматики и электротехники к.т.н. Галимарданов И. И.

ОГЛАВЛЕНИЕ

Лабораторная работа. Исследование катушки с магнитопроводом в цепи переменного тока
Лабораторная работа. Исследование электромеханического действия магнитного поля
Лабораторная работа. Измерение магнитной индукции и магнитного напряжения
Библиографический список

Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ С МАГНИТОПРОВОДОМ

В ЦЕПИ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование работы катушки с магнитопроводами различного типа в цепи переменного тока. Построение её схемы замещения, определение её параметров катушки с шихтованным и не шихтованным магнитопроводом из различных марок сталей.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

2.1 Ознакомится с оборудованием и приборами к лабораторной работе.

2.2 Собрать электрическую схему согласно рисунка 5, установив необходимые пределы измерения на приборах.

2.3 Выполнить необходимые измерения, результаты занести в таблицу 1.

2.4 Занести в таблицу 1 результаты вычислении и построить в выбранном масштабе векторные диаграммы.

2.5 Проанализировать результаты работы, сравнивая мощности потерь в различных сердечниках. Сделать выводы и ответить на контрольные вопросы.

КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИИЯ

Реальная индуктивная катушка с ферромагнитным сердечником (магнитопроводом) представлена на рисунке 1. Переменный ток, текущий по её виткам, возбуждает в магнитопроводе и вокруг него переменное магнитное поле. Основной рабочий магнитный поток Ф, состоящий из большей части линий магнитного поля, замыкается по магнитопроводу. Другая часть магнитного потока Ф_рас охватывает отдельные витки, обмотки и замыкается по воздуху. Эта часть магнитного потока называется потоком рассеяния и в основном зависит от конструкции обмоток, т.е. взаимного расположения ее витков, сечения провода, а также от геометрии магнитопровода.

Рисунок 1 Схема распределения магнитных потоков

Полное потокосцепление, определяемое как сумма потоков пронизывающих витки катушки, можно представить в виде:

, (1)

где w – число витков катушки.

Потокосцепление рассеяния , как и основной магнитный поток, создается током обмотки Iи поэтому его можно записать в виде:

, (2)

где – коэффициент пропорциональности, называемый индуктивностью рассеяния обмоток.

Второй закон Кирхгофа может быть записан в виде:

, (3)

где U – напряжение, подводимое к катушке;

R_В – активное сопротивление витков обмотки.

С учетом (1) и (2) выражение (3) представим в виде

_. (4)

Выражение (4) позволяют реальную катушку с магнитопроводом заменить эквивалентной схемой(схемой замещения) в виде последовательно соединенных элементов R_В , L_рас и идеализированной катушки (рисунок 2). Напряжение на идеализированной катушке определяется электродвижущей силой самоиндукции как

. (5)

У идеализированной катушки обмотка не имеет индуктивности рассеяния и активного сопротивления, ее свойства зависят лишь от параметров магнитопровода и режима намагничивания. Таким образом, упрощенно схема замещения идеализированной катушки состоит из последовательно соединенных резистивного элемента R_м и индуктивности L связанной с основным магнитным потоком, как показано на рисунке 2. Идеализированная катушка обведена штриховым контуром.

Рисунок 2 Схема замещения катушки с магнитопроводом

Здесь R_м – активное сопротивление, учитывающие магнитные потери в сердечнике. На нем выделяется такая же мощность, какая расходуется на нагрев сердечника вихревыми токами и на гистерезис. При наличии потерь в магнитопроводе между магнитным потоком и током в цепи имеется сдвиг фаз , называемый углом магнитных потерь, или, иногда углом магнитного запаздывания.

Рисунок 3 Кривая намагничивания

Для объяснения происхождения угла рассмотрим кривую перемагничивания ферромагнитного сердечника (рисунок 3). Здесь линия ОА – кривая первоначального намагничивания. При уменьшении намагничивающего тока (этому случаю соответствуют кривая АС) и при достижении значения I = 0 (при этом H = 0) в сердечнике сохраняется остаточная индукция В_г. Для получения величины индукции В = 0, т.е. для снятия остаточной индукций необходимо напряженность намагничивающего поля H менять в обратном направлении до значения H = H_c .Таким образом изменение магнитной индукции запаздывает от изменения напряженности поля H на некоторый промежуток времени . В случае переменных синусоидальных токов с частотой отставание В от Н может быть измерено в угловых единицах

. (6)

Отсюда и следует его название – угол магнитного запаздывания. С другой стороны известно, что величина магнитных потерь пропорциональна площади петли гистерезиса. Но, как это видно из рисунка 3, площадь петли тем больше, чем больше величина Н_с, и, следовательно, .Величина магнитных потерь также может быть охарактеризовано углом .Отсюда следует его второе название – угол магнитных потерь.

Векторная диаграмма, соответствующая схеме замещения реальной катушки с магнитопроводом показана на рисунке 4.

Рисунок 4 Векторная диаграмма катушки с магнитопроводом

Для определения амплитудного значения основного магнитного потока имеется соотношение (уравнение трансформаторной ЭДС)

. (7)

Угол магнитных потерь по результатам измерения может быть вычислен по формуле

(8)

где Р_мг – потери мощности в магнитопроводе;

– полная проводимость цепи.

Для уменьшения величины магнитных потерь применяется следующие меры.

1. Магнитопроводы электрических машин и аппаратов изготовляются не цельными, а собираются из тонких пластин толщиной 0,05-0,5 мм. Такие магнитопроводы называются шихтованными или пакетированными и индукционные токи в них имеют меньшие значения, чем в равноценных по сечению цельных (не шихтованных) магнитопроводах. Кроме того, в шихтованном магнитопроводе заметно ослаблен эффект вытеснения магнитного поля из середины сердечника к его краям, то есть сечение магнитопровода используется полностью.

2. Для изготовления магнитопроводов применяются специальные электротехнические стали с кремниевыми добавками (присадками), увеличивающими их электрическое сопротивление индукционному току.

РАСЧЕТНЫЕ ФОРМУЛЫ

Параметры схемы замещения определяются из следующих опытов.

4.1 Из опыта «Катушка без сердечника», где измеряется U, I, P. Этому случаю соответствует схема замещения с двумя элементами .

Элементы и отсутствуют. Неизвестные величины вычисляются с помощью формул:

; ; . (9)

4.2 Из опыта «Катушка с сердечником», где также измеряется U, I, P. Этому случаю соответствует полная схема замещения. Неизвестные величины определяются из формул:

; ; ; (10)