Л.р. Нелинейные катушки


Лабораторная работа
Исследование нелинейной реактивной катушки
ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
1.Выяснение зависимости параметров нелинейной реактивной катушки от материала сердечника.
2.Исследование зависимости параметром катушки от величины воздушного зазора и приложенного напряжения.
3. Составление схем замещения и построение векторной диаграммы нелинейной катушки.
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ:
В различных устройствах для увеличения магнитного потока используются катушки с сердечниками из ферромагнитного материала. Катушка с замкнутым стальным сердечником в режиме насыщения является нелинейным. Её основной параметр - индуктивность L- не остается постоянным, а зависит от величины тока в катушке. На рисунке изобразите зависимость потокосцепления такой катушки Ψ от мгновенного значения тока i, если зависимость магнитной индукции B от напряженности H дается в виде основной кривой намагничивания.
Основную кривую намагничивания, а так же кривую μ(H) покажите на рисунке. Напишите выражения для определения статической и динамической индуктивностей. На рисунке пунктиром покажите графики L(H) и Lg(H). Заметим, что в настоящей работе при промышленной частоте эти графики практически совпадут.
При исследовании нелинейных катушек необходимо учитывать и ряд дополнительных явлений, таких, как дополнительные потери в стали сердечника и искажение формы тока.
Напишите формулы для определения потерь, вызванных магнитным гистерезисом и вихревыми токами. Обратите внимание на зависимость от частоты. Учет этих потерь вызывает увеличение активного сопротивления цепи. Иногда (например, при неферромагнитных металлических сердечниках) приходится учитывать размагничивающее действие вихревых токов и вызванное этим уменьшение индуктивности.
Для облегчения анализа цепей с нелинейными катушками все несинусоидальные величины в них заменяют эквивалентными синусоидами. Тогда цепь считается линейной для мгновенных значений и для нее могут быть построены векторные диаграммы и использован комплексный метод расчета. Такая цепь будет иметь эквивалентные параметры RτFe ,XτFe, постоянные только для определенных действующих значений тока I и напряжения U.Зависимости же между действующими значениями останутся нелинейными. Покажите их на рисунке графиками.
Если учитывать сопротивление обмотки Rоб и индуктивность рассеяния LS, то схема замещения нелинейной катушки может быть представлена последовательным соединением элементов Rоб,LS,RτFe ,XτFe причем падение напряженности на первых двух элементах связано с током I линейной зависимостью.
Для исследования зависимости параметров катушки RτFe и XτFe от величины воздушного зазора сердечника можно использовать выражение индуктивного сопротивления:
XτFe=ωLτFe=ωw2Rμ=ωW2lμμ0S+δμ0S (1)где l и δ – длина сердечника и зазора;
S – поперечное сечение сердечника и зазора;
μ –магнитная проницаемость сердечника;
Rμ-магнитное сопротивление.
Магнитное сопротивление катушки определяется главным образом величиной зазора δ, т.к. μ≫1. Следовательно, с увеличением зазора δ индуктивное сопротивление уменьшается. Если при этом приложенное напряжение остается неизменным, то возрастает ток в цепи и падение напряжения на сопротивлениях Rоб и XS. Поэтому уменьшается падение напряжения U0 на сопротивлениях RτFe и XτFe, поток в сердечнике ΦFe и потери в нем PτFe. Сопротивление RτFe= PFeI2 резко уменьшается.
Исследование влияния величины приложенного напряжения производится при нулевом воздушном зазоре δ=0, тогда из формулы (1) следует, что
XτFe=ωw2slμμ0,т.е. имеет такой же характер изменения, как и μ . Если считать, что оба вида потерь в стали пропорциональны Вm2 , то
RτFe = PτFeI2=Pr+PвI2≈KBm2I2Отношение
BmI~BmH~μμ0Пропорционально магнитной проницаемости μ , откуда
RτFe =K' μ2В соответствии с этим кривые изменения Rоб+RτFe достигают максимума при том же напряжении, что кривая XτFe(U).
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.
1.Исследование зависимости параметров реактивной катушки от материала сердечника.
Собрать схему согласно представленной на рисунке .При постоянной величине приложенного напряжения снять показания приборов при следующих сердечниках:
А) воздушном (без сердечника)
Б) стальном сплошном
В) стальном проволочном
Г) медном сплошном
Данные измерения заносятся в таблицу 1.
Таблица 1.
Наименование сердечника Из опыта Из расчета
U, В I , А P , Вт Z , Ом Rоб+RτFe Rоб Ом RτFe Ом X ,Ом PτFecosφСчитать XS= 0
2.Исследование зависимости параметров катушки от величины приложенного напряжения.
В схеме предыдущего опыта исследуемую катушку заменить катушкой с раздвижным стальным сердечником. При нулевом воздушном зазоре увеличить приложенное напряжение до величины, при которой наблюдается насыщение стали (ток растет быстрее напряжения).
Данные измерения заносятся в таблицу 2.
Таблица 2.
Из опыта Из расчета
U, В I , А P , Вт Z , Ом Rоб+RτFe Rоб Ом RτFe Ом X ,Ом cosφ3.Определение зависимости параметров катушки от величины воздушного зазора.
При постоянном значении приложенного напряжения U увеличить воздушный зазор. Данные занести в таблицу 3.
Таблица 3.
Из опыта Из расчета
δ, мм U, В I , А P , Вт Z , Ом Rоб+RτFe X ,Ом cosφ4.Определение сопротивления обмотки.
Величину Rоб определить методом вольтметра и амперметра или при помощи омметра.
5.Обработка результатов исследований.
1. По данным таблицы 1 построить треугольник сопротивлений катушки для всех исследуемых сердечников.
2. По данным таблицы 2 построить в одной системе координат следующие зависимостиI U, ZU,RЭ U и X(U).3. По данным таблицы 3 построить зависимости Iδ, Pδ,Zδ,RЭδ,Xδ и cosφ(δ) .
4. По данным таблицы 2 построить векторную диаграмму и две схемы замещения (последовательную и параллельную) реактивной катушки, принимая рассеяние, равным нулю.
Привести расчет элементов схем замещения. Расчет производится для напряжения, указанного преподавателем.

Контрольные вопросы.
Для какой цепи магнитопроводы электрических машин и аппаратов выполняют из ферромагнитных материалов?
Какие дополнительные явления возникают в таких сердечниках?
Построить кривую тока i(t) в реактивной катушке при синусоидальном магнитном потоке с учетом гистерезиса. Каким видом симметрии обладает кривая тока?
Какой вид примет кривая i(t),если площадь петли гистерезиса будет равно нулю?
На одно и то же синусоидальное напряжение включены две катушки с ферромагнитными сердечниками с большим и малым числом витков. В какой из катушек ток будет ближе к синусоидальному?
От каких факторов зависят потери: а)от вихревых токов, б) на гистерезис?
Показать на рисунке каким образом располагают пакеты стали что бы уменьшить потери от вихревых токов?
Показать зависимость между действующим значением напряжения и магнитной индукции, считая сопротивление обмотки равным нулю.
Почему сгорают катушки контакторов переменного тока в случае, если при включении якорь не сможет притянуться к сердечнику?
Почему нельзя пользоваться комплексным методом и строить векторные диаграммы при несинусоидальных величинах?
На каком основании строятся векторные диаграммы напряжений и токов для цепей со сталью?
Показать, как изменяются эквивалентные параметры нелинейной катушки при изменении приложенного напряжения
Какова физическая сущность вносимых активного RτFe и реактивного XτFe сопротивлений ? Какова сущность сопротивлений Rоб и Xs ?Как определяются статическая и дифференциальная индуктивности?

Приложенные файлы

  • docx 5120983
    Размер файла: 67 kB Загрузок: 1

Добавить комментарий