Лабораторная работа № 17 (ауд. З

Лабораторная работа № 17
Катушка с магнитопроводом из ферромагнитного
материала. Потери в магнитопроводе.
Целью работы является исследование нелинейного индуктивного
элемента – катушки с ферромагнитным магнитопроводом (сердечником).
Проводятся опыты по разделению ферромагнитных потерь на гистерезис и
вихревые токи, опыты для экспериментального определения параметров
схемы замещения катушки, построения кривых зависимостей, выражающих
связь между параметрами и основными величинами (потокосцеплением,
током). При расчетах используют эквивалентные синусоиды и пренебрегают
потоком рассеяния.
1. Подготовка к работе
1. Потери от вихревых токов в стальном магнитопроводе при частоте
f=40 Гц равны потерям на гистерезис. Полные потери Рферр = N КВт (Nномер 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  m ,
параметры схемы замещения катушки без магнитопровода и при наличии
стального магнитопровода. Построить векторные диаграммы токов и
напряжений, приняв U   U  0 . При наличии стального магнитопровода
потоком рассеяния пренебречь.
2. Содержание работы и порядок выполнения работы
В лабораторной работе исследуется катушка с ферромагнитным
сердечником из модуля НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Источником
синусоидального напряжения является модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ
ГЕНЕРАТОР. Измерительные приборы расположены в модуле ИЗМЕРИТЕЛЬ
ФАЗЫ. Сопротивление проводов обмотки катушки измеряют ЭЛЕКТРОННЫМ
ВОЛЬТМЕТРОМ.
1
Часть I
Потери в сердечниках из ферромагнитных материалов
1.1 Собрать цепь по схеме на рис.1П протокола измерений.
1.2 Измерить сопротивление обмотки катушки Rм .
1.3 Включить тумблер СЕТЬ модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР.
Переключатель Форма установить в положение
. Регулятором Частота
установить частоту f1 40 Гц. Регулятором Амплитуда установить
величину действующего значения напряжения U1  4 В. Измерить
активную мощность Р1. Данные занести в табл. 1П.
1.4 Повторить измерения при частоте f2  40+5·N Гц. Установить
действующее значение напряжения U 2  U1 f 2 / f1 . Данные занести в табл.
1П.
1.5 Рассчитать потери в сердечнике от вихревых токов и потери на гистерезис
на частотах f1 и f2 .
Замечание. Предварительно по опытным данным необходимо вычислить
коэффициенты kГ и kВ , учитывая, что Pфер  PГ  PВ  k Г f  kВ f 2 .
Часть II
Экспериментальное определение параметров катушки с
ферромагнитным сердечником.
2.1 Регулятором Частота установить частоту f 50 Гц. Меняя действующее
значение напряжения U в диапазоне, указанном в табл. 2П, провести
необходимые измерения.
2.2 Выполнить расчеты табл. 2П. Для напряжения U  5 В построить
векторные диаграммы напряжений и токов, приняв U   U  0 .
2.3 Построить зависимости Rст(Ψm), Xст(Ψm), Pст(Ψm), Qст(Ψm), Ψm(I).
Протокол измерений утвердить у преподавателя.
Замечание. Для выполнения Подготовки к лабораторной работе № 18
понадобится зависимость U (I).
2
Протокол измерений к лабораторной работе № 17
Схема исследуемой цепи представлена на рис. 1П.
ИЗМЕРИТЕЛЬ
ФАЗЫ
ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ
ГЕНЕРАТОР
02
Частота
Амплитуда
Форма
Выход
PP
u
01
I2
L
НЕЛИНЕЙНЫЕ
ЭЛЕМЕНТЫ
U1
Рис. 1П
Часть I
Экспериментальные и расчетные данные представлены в табл. 1П.
Сопротивление проводов катушки, измеренное электронным вольтметром:
Rм  ____ Ом.
Таблица 1П
Эксперимент
U, В
I , мА
Р, Вт
Pм  I 2 Rм , Вт
Pфер  P  Pм , Вт
Частота f1 40 Гц
PГ , Вт
PВ , Вт
Расчет коэффициентов kГ и kВ :
3
Частота f2  40+5·N = ____ Гц
Часть II
Экспериментальные и расчетные данные представлены в табл. 2П.
Сопротивление проводов катушки, измеренное электронным вольтметром:
Rм  ____ Ом.
Таблица 2П
Напряжение
U2В
U3В
U4В
U5В
U6В
I, мА
Р, Вт
Z
Rст 
U
, Ом
I
P
 Rм , Ом
I2
X ст  Z 2  ( Rм  Rст ) 2
Pст  I 2 Rст , Вт
Qст  I 2 X ст , Вт
Z ст  Z ст  , Ом
   2 
U   Z ст I , В
m 
U
, Вб
4,44 f
Графики зависимостей Rст(Ψm), Xст(Ψm), Pст(Ψm), Qст(Ψm), Ψm(I).
Работу выполнили: ___________________________
Работу проверил: ____________________________
4