В.Н. Бородянко - Электрические цепи и основы электроники (Методические указания к проведению лабораторных работ) (1119803), страница 9
Текст из файла (страница 9)
Так как зависимость магнитной проницаемости ферромагнитных материалов,и«7Щ является нелинейной «рис. 1), то и В,р В зависимость Ф«Н) илн В~0) при наличии маппггопровода оказывается тоже нелинейной. Зависимость В«Н) — кривая намагничивания — является одной из важнейших характеристик ферромагнитных материалов «рис. 2).
Кривая, проходящая через на 1ало Н координат, является основной кривой Рис. 1, намагничивания. Она снимается при одностороннем намагничивании не намагниченного материала. При питании катушки переменным током ферромагнитный магнитопровод из-за переменного магнитного потока перемагничивается циклически с частотой тока по кривой гистерезиса «рис. 2). В процессе циклического перемагничивания 39 за несколько полупериодов переменного тока В устанавливается замкнутая симметричная петля г Гистерезиса.
Д 1-1а циклическое перемагничнвание -1-1,. /' 1. Н маГнитопровода затрачивается мощность, выделяемая В виде теплоты, которая относится к потерям мощности в -Во магнитопроводе. Потери мощности в магнитопроводе„ называемые часто потерями мощности в стали Ров включают в себя потери на гистерезис РГ и потери от Рнс. 2. вихревых токов Рвг, наводимых переменным магнитным потоком в металле магнитопРавода,: Ргт = Р~ + Рвг. Для уменьшения потерь мощности на гистерезис в качестве материала для магнитопровода используют ферромагнитные материалы с узкой петлей гистерезиса.
Уменьшение потерь мощности на вихревые токи достигается применением для магнитопровода металлов с большим удельным электрическим сопротивлением за счет повышенного содержания кремния в металле. При этом магнитопровод собирается из тонких электрически изолированных друг от друга пластин, что спосооствует уменьшению ~~~од~~~~ в каждой пластине вихревы~ токов и снижению потерь мощности от этих токов. При питании синусоидальным напряженнем ток в катушке с ферромагнитным сердечником искажает свою форму и является несинусондальпым во времени.
На рнс. 3 показано построение кривой тока в катушке с ферромагнитным сердечником с учетом магнитного гистерезиса. Из рисунка видно, что начальные фазы магнитного потока и тока не совпадают !угол сдвига О). В связи с этим первая гармоника тока !Или эквивалентный ток) отстает от приложенного напряжения на угол д с 90'. Наличие сдвига по фазе между напряжением и током меньшего, чем 90' указывает на то, что активная мощность в цепи не равна нулю даже если активное сопротивление обмотки катушки рано нулю. Поэтому ток катушки из-за потерь на Гистерезис имеет активную составляющую 1,ь а средняя мощность за период не раппа нулю.
Эта активная мощность характеризует расход энергии на перемаГничивание Рис. 3. фер!юмаГнитнОГО сердечника. При наличии несинусоидальных токов для упрощения расчетов обычно пеРеходЯт к эквивалентномУ синУсоиДальномУ токУ зэк, имеюп1емУ одинаковое с соответствующим песинусоидальным током действующее значение при одинаковой частоте и развивающему одинаковую с ннм активную мощность при одинаковом значении коэффициента мощности 40 Полное сопротивление катушки индуктнвности с магнитопроводом при рас~1етах 1шходят г1о закону Ома Лак= 1~И Эквивалентное активное сопротивление катушки с магнитопроводом определяют при этом по значению активной мощности Р, потребляемой катушкой нз питающей сети, и ее току или по значению потерь мощности в сердечнике Рсг и активному сопротивлению Л проводов катушки Яэк =РФ ='РстЛ'+К Эквивалентное индуктивное сопротивление катушки ~эк= 4"эк-~'эк.
Прн этом индуктивность катушки Е= Хзк/ш =Х/24: Прн увеличении амплитуды напряжения 1га катушке индуктивности с ферромагнитным сердечником амплитуда и действующее значение тока в ней будут возрастать 1 быстрее. В результате вольтамперная характеристика катушки с ферромагнитным сердечником оказывается нелинейной 1'рис.
4). По форме она повторяет кривую намагничивания сердечника В1Щ В цепях, содержащих катушку с ферромагнитным сердечником и конденсатор, резонансные явления, связанные с нелинейным характе1эом индуктивности, называются феррорезонансом. В отличии от линейной цепи феррорезонапс может наступить в такой цепи при изменении тока в цепи нли приложенного напряжения без какой либо регулировки катушки нлн конденсатора.
На рис. 5 показана вольтамперная характеристика последовательной цепи, в которой возможен феррорезонанс н ги1ряжений. ВОльтампер1ия характеристика емкости 12) пересекает 11 вольтамперную характеристику катушки 11). Точка пересечения Л является точкой резонанса. В этой то'1ке Ц, и Ус одинаковы, а их разность раВна нулю. При непрерывном увеличении напряжения источника ток плавно растет до 1~, затем скачком увеличивается до 1~ н далее плавно растет, При уменьшении напряжеп11Я ток плавно уменьшается до Рис. 5. 1э, затем скачком до Х1 и снова плавно падает.
Скачкообразное изменение тока сопровождается изменением на 180' фазы тока по отношению к напряжению 1'опрокидывание фазы). С увеличением активного сопротивления Я падающий участок на вольтамперной характеристике исчезает, Явление резкого изменения тока в цепи при незначительных изменениях напряжения на входе цепи иногда называют тригтерным эффектом в последовательной феррорезонансной цепи. Прн напряжениях источника, больших напряжения опрокидывания фазы, напряженне на катушке изменяется мало, что связа1!О с перехОдом пО характеристике намагничивания в область магнитного насыщения, Это используется в практике для стабилизации напряжения.
Ограничители амплитуды это устройства, у которых выходное напряжение изменяется +~3„ пропорци ьно входному напряжению до некоторого значения, называемого уровн~м ограничения. После этого значение выходного напряжения не зависит от величины входного напряжения и остается постоянным (рис. 6). В +1-"ст ~-~вих низкочастотных устройствах часто используют ограничители на стабилитро1гах ~рис. 7). Вольтамперная характеристика двуханодного стабилитрона показана иа рис, 3.
С помощью этих Рис. 6. устройств леГко формировать трапецеидальное напряжение из синусоидального напряжения «рис. 6). Если амплитуда 1'„.»У„„можно получить напряжение, близкое по форме к прямоуГОльиым импульсам. Рнс. 8. 3, Порядок выполнении работы 3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой ~моду11ь п~~ани~, Модул~ нелинеЙных элементов, модуль автотрансформатора, модуль -О...12 В У реактивных элементов, модуль мультиметров, модуль измерительный, осциллограф). Е5 3.2. Для снятия вол ьтамперной характеристики катушки с сердечником собрать электрическую цепь по рис.
9. В качестве к оацияяо1рафу амперметра и вольтметра использовать Рис. 9. мультиметры в соответству1ощих режим~х работы или стрелочные приборы, В качестве регулируемого источника переменного напряжения использовать выход пониженного переменного напряжения 42 автотрансформатора -0...12 В !модуль автотрансформатора). Подключить параллельно добавочному резистору Р5 выводы осциллографа. Изменяя величину выходного напряжения автотрансформатора от нуля, снять вольтамперную характеристику катушки с ферромагнитным сердечником. При проведении опытов не допускать превышения тока свыше 1 А. Результаты измерений занести в табл, 1. При проведении измерений наб~юда~~ с помошью ~сцил~~~раф~ форму кривой тока в цепи.
Зарисовать вид кривой тока. Выключить электропитание стенда. Таблиц~ 1 10 12 Ц<В 0 2 4 б К 1,А 3.3. Для снятия вольтамперной характеристики конденсатора подключить к выходу автотрансформатора вместо катушки с сердечником батарею конденсаторов (модуль реактивных элементов). Величину емкости батареи конденсаторов установить по указанию преподавателя !например, 250 мкФ).
Снять вольтаьшерную характеристику конденсатора, изменяя выходное напряжение автотрансформатора от нуля. Результаты измерений занести в табл. 2 Таблица 2 4 б 8 !О 12 3.4. Используя полученные экспериментальные результаты, построить в одной системе координат вольтамперные характеристики катушки с ферромагнитным сердечником и конденсатора. Для случая последовательного соединения катушки с ферромагнитным сердечником и исследованного конденсатора построить вольтамперную характеристику такой цепи и по ней определить величину напряжения, при котором будет наблюдаться триггерный эффект.
3.5, Собрать электрическую цепь с с последовательным соединением катушки с ферромагнитным сердечником и конденсатора !рис. 10). Плавно изменяя величину входного Л напряжения, снять вольтамперную характеристику всей цепи при увеличении и уменьшении входного Рис. 1О.
напряжения. Обратить внимание па скачок тока прн увеличении и уменьшении напряжения. Результаты измерений занести В табл. 3 Таблица 3 3.6, По экспериментальным результатам построить ВАХ цепи с последовательным соединением катушки с ферромагнитным сердечником и конденсатора. Сравнить полученную характеристику с расчетной характеристикой. 3.7. Ознакомиться с работой ограничителя уровня напряжения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
