ФГБОУ ВПО

НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

МОСКОВСКИЙ ЭНЕРГЕТИЧЕСКИЙ ИНСТИТУТ

Описание: PIS_21

Описание: mpei_1

КАФЕДРА ТЕОРЕТИЧЕСКИХ ОСНОВ ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 1

Индуктивная катушка с магнитопроводом при питании от синусоидального источника напряжения


Выполнил:

Группа:

Проверил:

Москва 2014

Лабораторная работа № 1

Индуктивная катушка с магнитопроводом при питании от синусоидального источника напряжения

Целью работы является исследование нелинейного индуктивного элемента – катушки с ферромагнитным магнитопроводом (сердечником).

Проводятся опыты по разделению ферромагнитных потерь на гистерезис и вихревые токи. Экспериментально определяются параметры схемы замещения катушки. Анализируются кривые мгновенных значений напряжения, тока, потокосцепления. Вычисляются действующее значения тока, активной мощности по дискретам. В расчетах используется метод эквивалентных синусоид.

1. Общие сведения

Потери в катушке со стальным сердечником состоят из потерь в медных проводах обмотки и потерь в сердечнике . Потери в ферромагнитных материалах состоят из потерь на гистерезис и вихревые токи. При амплитудах магнитной индукции в сердечнике катушки порядка 1,6 –1,8 Тл в объеме V на частоте f мощности потерь на гистерезис определяются и на вихревые токи . Таким образом, мощность ферромагнитных потерь

,

где и – коэффициенты, зависящие от свойств материала сердечника.

Из последнего уравнения следует, что можно экспериментально разделить на фиксированной частоте f на и . Для этого необходимо выполнить измерения мощности при одинаковой магнитной индукции Вm на двух частотах f1 , f2 и вычислить значения и .

НЕ нашли? Не то? Что вы ищете?

При синусоидальном магнитном потоке действующее значение напряжения, обусловленное магнитным полем в сердечнике, , где S – площадь поперечного сечения магнитопровода, – число витков в катушке. Для выполнения условия , напряжения и частоты в опытах должны удовлетворять соотношению

или .

Для определения коэффициентов и выполняют два эксперимента по схеме, показанной на рис. 1П.

2.  Подготовка к работе

1. Принимается, что потери от вихревых токов в стальном магнитопроводе при частоте f = 40 Гц равны потерям на гистерезис. Суммарные потери Рфер = N КВт (N- номер бригады). Определить потери при f= 40+5·N Гц, если Bm=const. Записать условие соотношения действующих значений входного напряжения при проведении опыта, обеспечивающего Bm=const на разных частотах. При расчетах пренебречь активным сопротивлением обмотки и потоком рассеяния.

2. Катушка со стальным магнитопроводом, имеющая w=100·N витков, подключена к источнику напряжения с действующим значением U=200+10·N В и частотой f=40+5·N Гц. При отсутствии стального магнитопровода мощность потерь Р = 500 Вт, действующее значение тока в обмотке I=12 А.

При наличии стального магнитопровода Р = 300 Вт, действующее значение тока в обмотке I=5 А. Определить значение максимального потока , параметры схемы замещения катушки без магнитопровода и при наличии стального магнитопровода. Построить векторные диаграммы токов и напряжений, приняв . При наличии стального магнитопровода потоком рассеяния пренебречь.

3. Содержание работы и порядок выполнения работы

В лабораторной работе исследуется индуктивная катушка L с ферромагнитным сердечником НЭ1. Источником синусоидального напряжения является модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Измерительные приборы расположены в модуле ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ. Сопротивление проводов обмотки катушки измеряют МУЛЬТИМЕТРОМ.

Часть I

Потери в сердечнике из ферромагнитного материала

1.1  Собрать цепь по схеме на рис.1П протокола измерений. Резистор для измерения и наблюдения осциллограммы тока Rи = 1 Ом.

1.2  Переключатель индуктивной катушки L поставить в положение НЭ1 Измерить и записать в протокол сопротивление обмотки катушки с учётом Rи.

1.3  Включить тумблером СЕТЬ, ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР, ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ. Переключатель Форма установить в положение , 10 В. Регулятором Частота установить частоту f1 =40 Гц. Регулятором Амплитуда установить действующее значение напряжения U1 = 6 В.. Данные U1 , , Р, φ на табло ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ для f1 =40 Гц занести в табл. 1П протокола измерений.

1.4  Повторить измерения при частоте f2 = 40 + (3·N +5) Гц. Установить действующее значение напряжения . Данные занести в табл. 1П.

1.5 Включить питание осциллографа. Добиться, при напряжении U2 и частоте f2 , устойчивого изображения на экране 1/2 периода синусоиды напряжения питания u(t) и графика напряжения на резисторе Rи , определяющего ток i(t). Обозначив на кальке начало координат, соответствующее началу синусоиды, и ось времени t, зарисовать с экрана на одном графике кривые u(t) и i(t).

Записать на кальке масштабы mu(t) = В/мм, mi(t) = мА/мм.

Получить одобрение результатов у преподавателя.

Часть II

Экспериментальное определение параметров катушки с ферромагнитным сердечником.

2.1  Регулятором Частота установить частоту f =50 Гц. Изменяя действующее значение напряжения U в диапазоне, указанном в табл. 2П, по данным табло ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ записать в таблицу действующее значение тока и значение активной мощности Р .

2.2  Выполнить расчеты предусмотренные табл. 2П.

Протокол измерений к лабораторной работе № 1

Часть I

Схема исследуемой цепи

Экспериментальные и расчетные данные представляются в табл. 1П.
Сопротивление проводов катушки с учётом Rи , измеренное мультиметром: ____ Ом. Таблица 1П

Эксперимент

Частота f1 =40 Гц

Частота f2 = 40+(3·N +5) Гц

U, В

, мА

Р, Вт

φ0

, Вт

, Вт

РГ, Вт

РВ, Вт

Часть II

Экспериментальные и расчетные данные представляются в табл. 2П. Сопротивление проводов катушки с учётом Rи , измеренное мультиметром: ____ Ом.

Таблица 2П

Напряжение, В

U = 2

U = 4

U = 6

U = 8

U = 10

I, мА

Р, Вт

, Ом

, Ом

, Вт

, Вт

, Ом

, В

, Вб

Протокол измерений утвердить у преподавателя.

Работу выполнил: ___________________________

Работу проверил: ____________________________

3. Содержание отчёта

Отчёт содержит:

1.  Ответы на поставленные вопросы подготовки к работе.

2.  Схему исследуемой цепи.

3.  Протоколы измерений и расчётов Ч. I, Ч. II.

4. Расчёт потерь в сердечнике от вихревых токов и потерь на гистерезис для частот f1 и f2 .

Замечание 1. Предварительно по опытным данным необходимо вычислить коэффициенты и , учитывая, что = РГ + РВ .

5. Схему замещения индуктивной катушки с указанием параметров её элементов для напряжения В табл. 2П. Построить векторные диаграммы напряжений и токов, приняв .

6.  По результатам расчётов табл. 2П, построить ВАХ катушки U(I), Z(I), зависимости Rст(Ψm), Xст(Ψm), Pст(Ψm), Qст(Ψm), Ψm(I).

7.  На основе осциллограмм, зарисованных в п.1.5 работы, вычислить действующее значение тока I , активную мощность Р, φ0 . Сравнить их значения с данными измерений табл. 1П для частоты f2.

Замечание 2. Рекомендуется 1/2 периода осциллограмм u(t), i(t) разбить по времени на 8 равных интервалов. По значениям ординат в начале каждого из интервалов (в мм), составить таблицу величин, соответствующих напряжениям uк и токам iк (к = 0, 1, 2,…,7).

Действующее значение тока как среднеквадратичное, в дискретном представлении, определяется выражением:

, мА.

Активная мощность, как среднее значение мгновенной мощности: , мВт.

Выражения I и предполагают разбиение периода u(t), i(t) на 16 равных интервалов. В силу симметрии u(t), i(t) относительно оси времени, суммирование выполняется для интервалов ½ периода и удваивается.

Аргумент коэффициента мощности на основе эквивалентных синусоид .