Изучение принципа действия и экспериментальное исследование основных характеристик магнитных усилителей с самоподмагничиванием

Министерство образования Российской Федерации

Вятский государственный университет

Кафедра электрических машин и аппаратов

Лабораторная работа № 5

Магнитные усилители с самоподмагничиванием

Выполнили студенты группы ЭМ-41:

Галимзянов Алексей Вилорьевич,

Галимзянов Александр Вилорьевич,

Проверил: доцент, к.т.н. Головёнкин В.А.

Киров, 2004

Цель работы: изучение принципа действия и экспериментальное исследование основных характеристик магнитных усилителей с самоподмагничиванием (МУС). Изучение принципа действия однообмоточных быстродействующих магнитных усилителей (ОБМУ) и экспериментальное исследование магнитотиристорного стабилизатора напряжения (СН) с системой управления тиристорами на базе ОБМУ.

1. Исследование характеристик МУС

1.1 В МУС при токе управления I_у=0 сердечник находится в насыщенном состоянии под действием постоянной составляющей тока в рабочей цепи. Для того, чтобы размагнитить сердечник в управляющий полупериод (УП), необходимо, чтобы магнитное поле обмотки управления действовало встречно полю рабочей обмотки.

1.2 Характеристика управления МУС I_н=f(I_у), U_н=f(I_у). Характеристика снимается при сопротивлении нагрузки R_н=290 Ом.

Таблица 1 – Характеристика управления при R_н=290 Ом.

Iу, мА	-35	-15	-8	-5	-3	-1	0	3	5
Iн, мА	20	20	25	150	280	300	300	300	300
Uн, В	8	8	10	44	86	90	90	90	90

Характеристика I_н=f(I_у) приведена на рисунке 1.

Характеристика U_н=f(I_у) приведена на рисунке 2.

По рабочему участку характеристики управления определяются основные параметры МУС .

Крутизна характеристики управления, Ом,

,

.

Коэффициент усиления тока

,

.

Коэффициент усиления напряжения

,

            где R_у=2600 Ом – сопротивление обмотки управления;

.

Коэффициент усиления мощности

Постоянная времени, с,

где h– КПД рабочей цепи,

;

1.3 Осциллограммы тока нагрузки при I_н= I_н.min, I_н= 0,5I_н.max, I_н= I_н.max.

Рисунок 3 – Осциллограммы тока нагрузки при I_н= I_н.min, I_н= 0,5I_н.max, I_н= I_н.max.

Пояснения к рисунку 3: при I_н=I_нmax ток управления I_y=0 Þ DВ=0 – сердечник насыщен в течение всего полупериода. Магнитная проницаемость равна 0.

, Þ .

При I_y=0   DB¹0 на интервале времени (0;t_S), m_д »¥, L_p » ¥, i_н=i₀»0.

Þ I_y­  DB­  t_S­  I_н¯.

1.4  Расчёт характеристик I_н=f(I_y), U_н=f(I_y) с использованием ДКР. r_д=7 Ом.

Задаемся значениями Н_у, А/м.

Ток управления  .

По ДКР находим DВ, Тл.

Напряжение на нагрузке, В, .

Ток нагрузки   I_н=U_н/R_н=U_н/290.

Результаты расчёта приведены в таблице 2.

Таблица 2 – Расчётные характеристики I_н=f(I_y), U_н=f(I_y).

Iy, мА	0	-3,84	-5,12	-7,68	-10,24	-12,8	-15,36
Iн, мА	303	296	289	225	75	25,5	15,5
Uн, В	87,8	86,12	83,82	65,4	21,77	7,4	4,5

Графики характеристик расчётных управления построены на рисунках 1 и 2.

Расчётные характеристики идут несколько выше опытных. Это объясняется отличием приведённой ДКР от реальной.

1.5  Расчёт основных параметров МУС.

Крутизна характеристики управления, Ом,

где  Гн/м — эквивалентная магнитная проницаемость.

Коэффициент усиления тока

Коэффициент усиления напряжения

Коэффициент усиления мощности

Постоянная времени, с,

Расчётные значения отличаются от опытных. Это объясняется отличием приведённой ДКР от реальной.

1.6  Характеристика U_н=f(I_y) при I_см¹0.

Ток I_см, при котором обеспечивается режим х.х. при I_у =0, мА,

Результаты опыта приведены в таблице 3.

Таблица 3 – Характеристика U_н=f(I_y) при I_см=36 мА.

Iy, мА	-20	-15	-14	-12	-10	-5	0	5
Uн, В	8	10	24	48	88	90	91	91

Характеристика изображена на рисунке 2.

1.7  Исследование влияния обратного тока диодов.

Таблица 4 – Характеристика U_н=f(I_y) при R_об.д.¹¥.

Iy, мА	-25	-15	-5	-3	-1	0	3	5	7	10	15	18
Uн, В	7	7	16	24	34	40	50	64	76	90	91	91

С увеличением обратного тока диодов рабочая часть характеристики проходит ниже и положе. Это объясняется тем, что с ростом обратного тока, размагничивающего магнитную систему, увеличивается DВ Þ  – уменьшается.

1.8 Характеристика управления I_н=f(I_y) в релейном режиме.

Таблица 5 – Характеристика I_н=f(I_y) в релейном режиме.

1.9 Расчётная релейная характеристика

Угол линии обратной связи.

Рисунок 4 – Релейные характеристики.

2. Исследование магнитотиристорного стабилизатора напряжения

2.1 В управляющий полупериод к обмотке реактора прикладывается напряжение U_TSУ=U_2ср–U_ст, которое размагничивает реактор. Т.к. уменьшение индукции в УП и РП равны, то напряжение на реакторе в РП U_TSР=U_ТSУ. Если пренебречь токами намагничивания, то U_TSР=U_VSP. Отсюда среднее значение напряжения на нагрузке

U_н=U_2ср-U_VSP» U_2ср-U_TSУ=U_ст=const.

2.2 Характеристика U_вых=f(U_вх), при изменении входного напряжения от 180  до 240 В.

Таблица 6–Характеристика U_вых=f(U_вх)

Uвх, В	180	190	200	210	240	250
Uвых, В	6	6,1	6,1	6,1	6,2	6,3

Характеристика представлена на рисунке 5.

Рисунок 5 – Характеристика U_вых=f(U_вх)

Коэффициент стабилизации

,

.

2.3 Зависимость t_s=f(U_вх)

Таблица 7– Зависимость t_s=f(U_вх)

Uвх, В	200	210	220	230	240	250
ts , с	4,5	4,6	4,7	4,7	4,75	4,8

График зависимости t_s=f(U_вх) приведён на рисунке 6.

2.4 Расчёт зависимости t_s=f(U_вх).

Время t_s определяется по формуле

,

где

Þ

Þ;

;          В;

.

Результаты расчёта приведены в таблице 8.

Таблица 8 – Зависимость t_s=f(U_вх).

Uвх, В	200	210	220	230	240	250
tS, мс	5,4	5,6	5,8	6,01	6,1	6,3

Рисунок 6 – Зависимость t_s=f(U_вх).

Расчётная характеристика проходит выше опытной.