Если вести отсчет сдвига фаз от фазы тока возбуждения, то для идеальных и большинства реальных обмоток можно принять, что начальные э.д.с. и сопротивления имеют только мнимые составляющие: Ė0 = -jE0;
Ż0 = jwL0. Присутствие в переменном магнитном поле проводящего объекта вызывает появление в последнем вихревых токов, магнитное поле которых обуславливает изменение э.д.с. и сопротивления обмотки на величины Ėвн и Żвн, называемых вносимыми э.д.с. и сопротивлением. Именно параметры комплексных Ėвн и Żвн (активная и реактивная составляющие или амплитуда и фаза) являются информативными параметрами, в которые преобразуются геометрические и электромагнитные параметры проводящего объекта.
Для того, чтобы на результаты преобразования не влияла интенсивность возбуждающего поля (ток возбуждения) Ėвн и Żвн, нормируют по Ė0 и wL0:
Ėвн* =Re Ėвн /E0 + jIm Ėвн /E0; (3.1)
Żвн* =Rвн/wL0 + jLвн / L0, (3.2)
где Ėвн – относительное вносимое э.д.с.;
Żвн – относительное вносимое сопротивление.
При этом ReĖвн* = -Rвн*; ImĖвн* = -Lвн*. В дальнейшем будем оперировать составляющими относительной комплексной вносимой э.д.с. Их зависимость от геометрических и электромагнитных параметров проводящего объекта удобно представить с помощью годографов. Годограф относительной вносимой э.д.с. – линия на комплексной плоскости, вычерчиваемая концом вектора Ėвн при изменении какого-либо геометрического или электромагнитного параметра проводящего объекта, либо частоты тока возбуждения. Параметры проводящего объекта или функции, оказывающие одинаковое влияние на Ėвн объединяют в обобщенный параметр. В качестве такого обобщенного параметра в работе будем использовать β=R√(ωσ μ0), где R − радиус обмотки возбуждения; σ - удельная электрическая проводимость материала.
Цель работы: Ознакомиться с физическими основами измерительных преобразований в поле вихревых токов. Определить экспериментально годографы относительной вносимой э.д.с. при изменении различных параметров проводящей пластины.
Программа работы
Определить зависимость амплитуды и фазы относительной э.д.с. от расстояния от обмоток до ферромагнитной и немагнитной проводящей пластин. Построить годографы относительной вносимой э.д.с. от изменения указанного параметра.
Определить зависимости амплитуды и фазы относительной вносимой э.д.с. от толщины немагнитной проводящей пластины. Построить годограф относительной вносимой э.д.с. от изменения указанного параметра.
Определить зависимость амплитуды и фазы относительной вносимой э.д.с. от удельной электрической проводимости проводящей немагнитной пластины. Построить годограф относительной вносимой э.д.с. от изменения указанного параметра.
Объекты исследования и средства измерения
В качестве проводящих объектов в данной работе используется набор пластинок из различных магнитных и немагнитных металлов. Изменение зазора между обмотками и проводящими пластинками осуществляется с помощью набора из непроводящих (стеклотекстолитовых) пластинок. Обмотка возбуждения и измерительная обмотки конструктивно объединены в блок (блок обмоток), залитый эпоксидным компаундом.
Рисунок 3.1 - Функциональная схема установки
Для исследования измерительных преобразований используется схема - рисунок 3.1.
Измерение квадратурных составляющих вносимого и начального напряжений осуществляется с помощью блока амплитудно-фазового детектирования (АФД). Для исключения из сигнала измерительной обмотки его неинформативной составляющей – начальной э.д.с. – предусмотрены следующие конструктивные и схемотехнические меры. В блоке обмоток кроме обмотки возбуждения W1 и измерительной W2 имеется дополнительная компенсирующая обмотка W`2, идентичная W2 и расположенная симметрично относительно W1 (рисунок 3.2).
Рисунок 3.2-Блок обмоток
Обмотки W2 и W`2 включены последовательно встречно, их суммарная начальная э.д.с. равна нулю. Наличие проводящего объекта вызывает появление вносимой э.д.с. измерительной обмотки и практически не изменяет компенсирующей, расположенной значительно дальше от объекта. Поэтому можно считать, что суммарная э.д.с. обмоток W2 и W`2 равна вносимой э.д.с. Ėвн измерительной обмотки. Этот сигнал подается на вход схемы АФД, выходными сигналами которой являются постоянные напряжения, равные амплитудам действительной ReĖвн и мнимой ImĖвн составляющих вносимого напряжения (тумблер "ReЕ" и "ImЕ"). Опорным сигналом АФД является э.д.с. компенсирующей обмотки Ėк, противофазная начальной э.д.с. Ė0.
Измерение амплитуды Ė0 осуществляется путем нажатия кнопки "Изм Ė0" на лицевой панели стенда. При этом на вход АФД согласно схеме рисунка 11 подается Ėк = -Ė0. Следует обратить внимание на то, что это напряжение имеет только мнимую составляющую ImĖк = -E0.
Блок АФД непосредственно предназначен для детектирования сигналов частоты 4 кГц. Изменение рабочей частоты блока производится генератором.
Входной сигнал схемы АФД Ėвн и Ėк (в зависимости от положения кнопки "Изм Ė0"), выведенный на гнезда лицевой панели, подается на вход осциллографа С1-79, работающего в режиме внешней синхронизации развертки. Опорный сигнал синхронизации подается на осциллограф с выхода генератора. Измерение ReĖвн и ImĖвн производится с помощью цифрового вольтметра В7-16 (В7-16А).
Методические рекомендации по выполнению
При определении зависимостей амплитуды и фазы Ėвн от расстояния h между блоком обмоток и проводящей пластиной и при построении годографа Ėвн от изменения h, значения h задаются в диапазоне от 0 до 10 мм с помощью набора стеклотекстолитовых пластинок толщиной 0,8 мм. Для каждого знамения h измеряются значения ReĖвн и ImĖвн. Нормирующее значение Е0 определяется при отсутствии пластины путем нажатия кнопки "Изм. Ė0" блока АФД. Далее вычисляются значения ReĖвн и ImĖвн, амплитуды Евн и фазы j относительной вносимой э.д.с., строятся зависимости Eвн(h), j(h), годограф Ėвн от изменения h.
При определении зависимостей амплитуды и фазы Ėвн от толщины Т проводящей пластины и при построении годографа Ėвн от изменения толщины Т, значения Т задаются в диапазоне от 1 до 6 мм с помощью набора немагнитных (дюралевых) пластинок толщиной 1 мм. Значение зазора h между блоком обмоток и проводящей пластиной устанавливается равным нулю. Измерения проводятся по методике, описанной в предыдущем разделе. Строятся зависимости Ėвн (Т), j(Т), годограф Ėвн от изменения Т.
При определении зависимостей амплитуды и фазы Ėвн от удельной электрической проводимости s проводящей пластины и построении годографа Ėвн от изменения s в качестве проводящих объектов с разными значениями s используются пластины одной толщины Т = 1мм, но из немагнитных материалов с разными проводящими свойствами: дюралевая с σ1=16.7 МСм/м; алюминиевая с σ2=32 МСм/м и медная с σ3=52,3 МСм/м. Значение зазора h между блоком обмоток и проводящей пластиной устанавливается равным нулю. Измерения проводятся по методике, описанной в первом разделе данного пункта. Строятся зависимости Eвн (σ), φ (σ), годограф Ėвн от изменения σ. Для трех экспериментально найденных точек годографа вычисляются значения обобщенного параметра β.
Лабораторная работа №4
«Исследование магнитного поля электрического тока с использованием индукционного преобразования»
Краткие теоретические сведения
Для реализации многих измерительных преобразований требуется создавать в некоторой области пространства постоянное или переменное магнитное поле. Наибольшее распространение получил источник магнитного поля, представляющий собой обмотку с электрическим током.
Рисунок 4.1 - Пространственное распределение вектора напряженности магнитного поля круглой обмотки | Рисунок 4.2 – Пространственное распределение вектора напряженности магнитного поля прямоугольной обмотки |
При этом важно знать не только значения напряженности или индукции магнитного поля в некоторой точке пространства в определенный момент времени, но и пространственно-временное распределение этих величин, что дает дополнительную информацию об объекте измерения.
В данной работе исследуется пространственное распределение напряженности магнитного поля круглой и вытянутой прямоугольной плоских обмоток, запитанных переменным электрическим током. В общем случае, для произвольной точки пространства с координатами х, у, z (в системе координат, показанных на рисунках 1 и 2) вектор напряженности магнитного поля обмотки с током имеет три пространственные составляющие Hx, Hy, Hz описываемые достаточно сложными и громоздкими уравнениями.
На оси ОY магнитные поля обмоток имеют только одну пространственную составляющую Hy, описываемую относительно простыми выражениями, приводимыми ниже. Здесь и далее для исключения влияния на результат тока обмотки будем определять не абсолютные значения напряженности магнитного поля, а нормированные относительные значения H*=H/HA. В качестве нормирующего значения напряженности удобно использовать ее значение HA в точке с координатами x=0; y=A; z=0, где A - диаметр круглой обмотки или ширина прямоугольной обмотки. Значение A будем использовать для нормирования значений координат: х/A; у/А; z/A.
Рисунок 4.3 – Вектор напряженности магнитного поля | Рисунок 4.4 – Линии магнитной индукции |
Для круглой обмотки на ее оси:
|
Из за большого объема этот материал размещен на нескольких страницах:
1 2 3 4 |
