Лабораторные / ТОЭ лаба №2
.docxМинистерство образования и науки Российской Федерации
Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение
высшего образования
«Тольяттинский государственный университет»
Институт химии и энергетики
Кафедра «Электроснабжение и электротехника»
Отчет по лабораторной работе №2
«Исследование нелинейной индуктивности и явления феррорезонанса»
Вариант №2
Студент: Назаров М.О.
Группа: ЭЭТб-1901а
Преподаватель: Шаврина Н.В.
Тольятти 2021
Цель работы – изучение экспериментальных и расчетных методов определения параметров схемы замещения нелинейной индуктивности и исследование резонансных режимов в нелинейных цепях.
Программа работы:
1. Выполнить индивидуальную расчетную часть.
2. Снять вольтамперные характеристики катушки с ферромагнитным сердечником, а также последовательной и параллельной феррорезонансных цепей.
3. Рассчитать вольтамперную характеристику для последовательной цепи и сравнить ее с экспериментальной.
4. Построить по результатам измерений вольтамперную характеристику для цепи с параллельным соединением катушки с ферромагнитным сердечником и линейной емкости.
Описание лабораторной установки:
В работе исследуется катушка с ферромагнитным сердечником в цепи переменного тока. В качестве нелинейной катушки используется одна катушка 200 витков миниблока «Магнитная цепь».
Схемы опытов:
Рисунок 1 – Электрическая схема с последовательным соединением катушки с ферромагнитным сердечником и линейной емкости
Рисунок 2 – Электрическая схема с параллельным соединением катушки с ферромагнитным сердечником и линейной емкости
Таблица 1 – Изначальные данные
С, мкФ |
4,87 |
I, мА |
50 |
U,B |
6,5 |
Индивидуальное домашнее задание:
Рассчитайте параметры схемы замещения и постройте соответствующую векторную диаграмму катушки с ферромагнитным сердечником по результатам экспериментов на постоянном и переменном токе.
На постоянном токе: U 1 В; I 100 мА.
На переменном токе: U=6,5 B, I=50 мА, Р=50 мВт.
Известно,
что индуктивность рассеяния приблизительно
составляет 10% от индуктивности катушки,
а вектор тока I опережает вектор потока
Ф на угол потерь равный
Решение:
В опыте постоянного тока найдем сопротивление:
U_=1 B, I_=100 мА.
Rm=
В опыте переменного тока представим последовательную схему.
Рисунок 3 – Последовательная схема замещения
Р=50 мВт, U=6,5 B, I= 50 мА.
Определим эквивалентное активное сопротивление по формуле 1.
(1)
Найдем Rab по формуле 2.
(2)
Найдем полное сопротивление цепи по закону Ома (формула 3).
Эквивалентное реактивное сопротивление находим по формуле 4.
(4)
Так как, индуктивность рассеивания равна 10% то, Xs и Xab находятся по формулам 5 и 6.
(5)
(6)
Рассчитаем полное сопротивление цепи по формуле 7
(7)
Рассчитаем комплексный ток по формуле 8.
(8)
Напряжение протекающее перед зажимами катушки с ферромагнитным сердечником найдем по формуле 9.
(9)
Рисунок 4 – Параллельная схема замещения.
Найдем g и b по формулам 10 и 11.
(10)
(11)
Значения
найдем
по формуле 12,13 и.
(12)
(13)
Найдем недоставющие напряжения и построим векторную диаграмму.
(14)
(15)
(16)
(17)
(18)
(19)
Построим векторную диаграмму.
Рисунок 5 – Векторная диаграмма.
Диаграмма токов увеличена в масштабе в 100 раз. Угол потерь a найдем по формуле 20.
(20)
Собрав цепь (рисунок 1) и установив частоту f=400 Гц и меняя напряжения мы снимаем ВАХ в точке 0а, до скачка, после скачка в точке В и снижая напряжение снимем участок Вб. Показания запишем в таблицу 1.
Таблица 2 – Исследования последовательного соединения нелинейной катушки и конденсатора.
|
Участок 0а |
U>U2 |
Участок Вб |
||||||||||
U,B |
0.2 |
0.44 |
0.82 |
1.18 |
1.9 |
2.4 |
2.95 |
2.2 |
2 |
1.73 |
1.55 |
||
I,мА |
2 |
4 |
6 |
8 |
12 |
15 |
70 |
60 |
55 |
30 |
23 |
||
f,Гц |
400 |
||||||||||||
Построим графики снятых участков характеристики и соединим между собой пунктирной линией.
Рисунок 6 – ВАХ участков характеристики :0а, вб.
Вынимаем конденсатор из цепи, выставляем туже частоту. Увеличивая напряжение ток от нуля до 150 мА с шагом 10 мА. Измерим напряжение URL.
Таблица 3 – Таблица значений напряжения и тока на катушке.
Экспериментальные данные |
Расчетные данные |
||||||
I, мА |
URL, B |
UR |
UL |
UC |
UL- UC |
U |
|
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
0 |
|
10 |
2,23 |
0,272 |
2,213 |
0,817 |
1,396 |
1,423 |
|
20 |
4,18 |
0,544 |
4,144 |
1,634 |
2,51 |
2,569 |
|
30 |
4,75 |
0,816 |
4,679 |
2,451 |
2,228 |
2,373 |
|
40 |
5,01 |
1,088 |
4,89 |
3,268 |
1,622 |
1,953 |
|
50 |
5,24 |
1,36 |
5,06 |
4,085 |
0,975 |
1,674 |
|
60 |
5,38 |
1,632 |
5,126 |
4,902 |
0,224 |
1,647 |
|
70 |
5,6 |
1,904 |
5,266 |
5,719 |
-0,453 |
1,957 |
|
80 |
5,7 |
2,176 |
5,268 |
6,536 |
-1,268 |
2,518 |
|
90 |
5,9 |
2,448 |
5,368 |
7,353 |
-1,985 |
3,152 |
|
100 |
6,04 |
2,72 |
5,393 |
8,17 |
-2,777 |
3,887 |
|
110 |
6,2 |
2,992 |
5,43 |
8,987 |
-3,557 |
4,648 |
|
120 |
6,25 |
3,264 |
5,33 |
9,804 |
-4,474 |
5,538 |
|
130 |
6,4 |
3,536 |
5,334 |
10,621 |
-5,287 |
6,36 |
|
140 |
6,5 |
3,808 |
5,268 |
11,438 |
-6,17 |
7,251 |
|
150 |
6,6 |
4,08 |
5,188 |
12,255 |
-7,067 |
8,161 |
|
Найдем активное сопротивление катушки и емкостное сопротивление.
(22)
Построим график U(I).
Рисунок 7 – график U(I)
Мы видим, что график на рисунке примерно похож на график на рисунке 6, что свидетельствует о правильности найденных значений.
Определим параметры схемы замещения катушки на линейном участке ВАХ.
Построим методом засечек две векторные диаграммы для режимов до и после резонанса, считая конденсатор чисто реактивным элементом, а ток и напряжение эквивалентными синусоидами.
До резонанса.
Рисунок 8 – векторная диаграмма до резонанса.
После резонанса.
Рисунок 9 – векторная диаграмма после резонанса
Соберем схему (рисунок 2.10), установим ту же величину емкости. Плавно изменяя напряжение в пределах от 0 до 12В, определим напряжение, при котором ток в цепи будет минимальным. Увеличивая напряжение и контролируя ток в цепи снимим несколько значений с шагом по току 20-30мА до достижения 100мА. Показания запишем в таблицу 4.
Таблица 4 – Исследования последовательного соединения нелинейной катушки и конденсатора.
U, B |
I, мА |
IL, мА |
IC, мА |
1 |
7,9 |
4,2 |
11,5 |
1,5 |
12,3 |
6,3 |
17,6 |
2 |
16,6 |
8,2 |
23,9 |
2,5 |
21,1 |
9,8 |
30 |
3 |
26,2 |
11,7 |
36,5 |
3,5 |
31,1 |
13,9 |
43,2 |
Продолжение таблицы 4
4 |
35,5 |
16,4 |
49,7 |
4,5 |
39,2 |
20,3 |
56,3 |
5 |
40 |
25,8 |
63 |
5,5 |
37 |
46,6 |
69,5 |
6 |
58,2 |
70,7 |
76,4 |
6,5 |
98,6 |
126 |
82,8 |
7 |
160,5 |
160 |
89,8 |
Построим зависимости общего тока, тока емкости и тока индуктивности от напряжения.
Рисунок 10 – зависимость общего тока, тока емкости и тока индуктивности от напряжения
Скачков тока и напряжения не происходит из-за того, что питание цепи происходит от источника заданного напряжения.
Вывод:
В ходе лабораторной работы была рассчитана схема замещения и построена векторная диаграмма по результатам экспериментов на постоянном и переменном токе, исследована катушка индуктивности с ферромагнитным сердечником. Исследовано явление скачка тока конденсатора при последовательном и параллельном соединении конденсатора и катушки с ферромагнитным сердечником.