Робота 4. Дослідження магнітного кола постійних струмів
4.1 Мета роботи
Вивчити методи та прилади вимірювання магнітної індукції і магнітного
потоку та дослідити вебер-амперні характеристики магнітних кіл
постійного струму.
4.2 Короткі теоретичні відомості
Частину електротехнічного пристрою, призначеного для створення в його
робочому об’ємі магнітного поля заданої інтенсивності і конфігурації,
називають магнітним колом. Магнітне коло складається з елементів, які
збуджують магнітне поле (котушки, в яких протікає струм, постійні
магніти) і магнітопроводів, по яким замикається магнітний потік.
Елементи, які збуджують магнітне поле за аналогією з електричним колом,
називають магнітно-рушійними силами (м.р.с.) або намагнічуючими силами.
Магнітопроводи виконують роль “провідників” магнітного потоку подібно
провідникам електричного струму в електричних колах.
Гн/м – магнітна проникливість вакууму).
Феромагнетики використовують для виготовлення магнітопроводів магнітних
кіл. Чим вища магнітна проникність, тим кращим є магнітний матеріал, бо
при тій же м.р.с. буде більшим магнітний потік.
Силовою характеристикою магнітного поля, яке є однією із форм
електромагнітного поля, є магнітна індукція В – середнє значення
макроскопічного магнітного поля, яке утворюється в даній точці простору
як струмами провідності, так і наявними мікрострумами в тілі
намагніченого магнітопроводу.
. Залежність між індукцією і напруженістю магнітного поля визначає
магнітна проникність речовини:
. /5.1/
Одиницею виміру магнітної індукції є тесла (Тл), а напруженості – ампер
на метр, (А/м).
Величина напруженості магнітного поля залежить від величини струмів, які
збуджують це магнітне поле в магнітному колі. Тому при одній і тій же
напруженості Н величина магнітної індукції В буде різною в магнітних
колах з різних матеріалів. Щоби мати великі значення індукції,
магнітопроводи виготовляють з феромагнетиків з великими значеннями
магнітної проникності (електротехнічна сталь, пермалой, ферити тощо).
Особливістю феромагнетиків є нелінійна залежність між магнітною
Рис.5.1.
не є сталою величиною, а залежить від напруженості магнітного поля. Цю
залежність називають кривою намагнічування. Її знімають експериментально
для кожного феромагнетика, і в довідниках вона представлена у вигляді
графіка В = f(H) або відповідних таблиць.
.
Магнітне коло більшості електротехнічних пристроїв (електромашин, реле,
контакторів та інше) складається з магнітопроводів і повітряних
проміжків. Наприклад, магнітопроводи і повітряні проміжки між статором і
ротором електричних машин.
а) б)
Рис.5.2.
На рис.5.2 зображено просте послідовне магнітне коло з повітряним
проміжком l0. Магнітне поле в сталевому осерді 1 збуджується котушкою зі
струмом 2, магніторушійна сила якої
F = IW, /5.2/
де І – струм в провідниках котушки, А; W – кількість витків у котушці.
. Якщо магнітну індукцію в поперечному перерізі магнітопровода вважати
постійною величиною, то магнітний потік в осерді
, /5.3/
де SF – площа поперечного перерізу магнітопровода, м2.
При невеликих значеннях повітряних проміжків (l0 На рис.5.4. зображена електрична схема вимірювання магнітного потоку індукційно-імпульсним методом. Вона складається із котушки з числом витків Wк, опору Rд і балістичного гальванометра з внутрішнім опором Rг. Якщо котушку помістити в магнітне коло, а потім швидко видалити з нього, то зміна магнітного потоку, який пронизує котушку, спричинить виникнення в ній електрорушійної сили . /5.9/ Під дією е.р.с. eк в колі буде протікати струм , /5.10/ де R = Rк + Rд + Rг - загальний опір кола котушки, доти, доки відбувається зміна магнітного потоку, який пронизує котушку. Цей струм буде імпульсним і оцінити його можна за кількістю електричних зарядів (носіїв струму) за час зміни потоку від Ф до нуля, тобто можна записати, що . /5.11/ Заряд q, протікаючи через балістичний гальванометр, зумовить відхилення його стрілки. Отже, ступінь відхилення стрілки гальванометра буде мірою магнітного потоку. Прилади, які призначені для вимірювання магнітного потоку описаним вище методом, називаються мілівеберметрами. Крім стрілочних, випускають і цифрові мілівеберметри. Стосовно вимірювання магнітного потоку мілівеберметром формулу /5.11/ можна представити у виді , /5.12/ O j“ ????Т?Т?? ????? hV hV b b jq b b j? ???????????????? ?? susuestiiiiOOiiiiiiiiiiiiiiiiI - кількість поділок, на яку відхиляється стрілка. При вимірюванні магнітного потоку електромагнітів можна не видаляти вимірювальну котушку з магнітного поля, а вмикати (вимикати) струм котушки, яка збуджує магнітне поле. . Напруженість цього поля (поле Холла) , /5.13/ де d - товщина пластинки; Rx - стала Холла, яка залежить, в основному, від концентрації носіїв струму (рис.5.5). Рис.5.5. Із рівняння /5.13/ знаходимо, що магнітна індукція , /5.14/ тобто В буде пропорційна Ех за умови І = const. За допомогою вимірювальних перетворювачів Холла можна вимірювати магнітну індукцію в межах 0,001...2 тесла. Прилад, який побудований на використанні ефекту Холла і який призначений для вимірювання магнітної індукції, називається тесла-метром. Він складається з стрілкового або цифрового приладу, щупа, в який вбудовано давач Холла, і джерела живлення постійного струму зі стабілізованою напругою, щоби забезпечити І = const при вимірюванні. 5.3 Програма роботи 1. Вивчити будову та принципи дії мілівеберметра і мілітесламетра. 2. Вивчити лабораторну установку дослідження характеристик Ш-подібного електромагніта. і Lк =f(Iк). = 1 мм. . 6. Зробити висновки щодо кривої намагнічування і впливу величини повітряного проміжку на характеристики і параметри магнітного кола. 5.4 Опис лабораторної установки Лабораторна установка складається з Ш-подібного електромагніта, переносних мілівеберметра і мілітесламетра та джерела живлення з регульованою напругою. Рис.5.6. . Магнітне поле збуджується котушкою зі струмом 4 і з числом витків Wз. На боковому стержні магнітопроводу розміщена вимірювальна котушка 5 з числом витків Wв. Числа витків котушок і довжина середньої лінії магнітопроводу (без повітряних проміжків) наведені на панелі установки. Там же вказана і максимально допустима сила струму котушки збудження Ік.max. На рис.5.7. наведена електрична схема установки. Вона складається із джерела живлення постійного струму G, регулятора напруги РН, котушки збудження електромагніта К3, вимикача SA, амперметра РА і вольтметра PV. Вимірювана котушка КВ під’єднана до мілівеберметра mB. Рис.5.7. ), від нуля до насичення магнітопровода. Магнітний потік, зчеплений з вимірювальною котушкою, вимірюють мілівеберметром при вмиканні і вимиканні струму Ік вимикачем SA. При цьому вимірюється половина магнітного потоку, створеного котушкою збудження. 5.5 Порядок виконання роботи 1. Ознайомившись з будовою мілівеберметра і мілітесламетра, проведіть їх випробування, вимірюючи декілька разів магнітний потік і магнітну індукцію постійного магніту, який закріплений на стенді. 2. Вивчаючи будову лабораторної установки, зверніть увагу на спосіб зміни повітряного проміжку між ярмом і якорем магнітопроводу. 3. Вебер-амперну характеристику знімають у такій послідовності: - розмикають вимикач SA; - ручку регулятора напруги РН встановлюють в нульове положення, що контролюють вольтметром PV; - під’єднують мілівеберметр до вимірювальної котушки і коректором переводять його стрілку на початок шкали; - регулятором напруги РН виставляють напругу Uк , величину якої задає викладач; - замикають вимикач SA і визначають відхилення стрілки мілівеберметра в момент вмикання, а також фіксують величину струму в котушці збудження; - вимикають вимикач SA і знову визначають відхилення стрілки в момент вимикання; - дані вимірювань заносять в табл.1. , де Uк max - максимально допустима напруга, яка відповідає струму Ік max, вказаному на панелі лабораторної установки. Таблиця 1 № с Тл А/м А Гн/м 1/Гн Гн 1 2 3 4 5 Uк max Iк.max . і Lк =f(Iк). мм. Щільно притиснути якір до ярма. Вставити щуп з давачем Холла в повітряний проміжок між середнім стержнем і якорем. Потім провести п’ять вимірювань згідно методики, описаної в п.4, доповнюючи досліди вимірюванням магнітної індукції мілітесламетром. Дані вимірювань занести в табл.2. Таблиця 2 № Lк В А Вб Тл Вб А/м А 1/Гн Гн 1 2 3 4 5 вираховують за формулою /5.7/. і Lк = f(Iк). 5. Встановити на котушці збудження задану викладачем напругу Uк і слідкувати, щоби вона при експерименті не змінювалась. Потім провести вимірювання, описані в п.4., для каліброваних немагнітних прокладок товщиною 1; 2; 3; 4; і 5 мм. Дані вимірювань занести в табл. 3. . Таблиця 3 № з/п Lк мм Тл А Вб Вб А 1/Гн Гн 1 1 2 2 3 3 4 4 5 5 Порівнюючи відповідні графіки, зробити аналіз впливу намагнічуючої сили і повітряного проміжку на параметри магнітного кола. Звіт про роботу оформити згідно зразка, який знаходиться на інформаційному стенді кафедри. 5.6 Контрольні запитання 1. Яку роль виконують магнітопроводи в магнітних колах 2. Як поділяються речовини в залежності від магнітної проникливості? 3. Які матеріали використовують для виготовлення магнітопроводів магнітних кіл? 4. Який вид має залежність магнітної індукції від напруженості? 5. З яких ділянок складаються магнітні кола електротехнічних пристроїв (реле, контактори тощо)? 6. Як залежить магнітний опір кола від величини повітряного проміжку? 7. Як залежить індуктивність котушки від величини повітряного проміжку? 8. Як залежить величина індуктивності від насичення магнітопровода? 9. Як визначається індуктивність котушки за експериментальними даними? 10. Який вигляд має крива намагнічування сталі? PAGE PAGE 13 Рис.5.3.
Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter
