Исследование статических характеристик и параметров магнитных материалов

Министерство Образования и Науки Российской Федерации

Федеральное агентство по образованию

Новосибирский Государственный Технический Университет

Кафедра автоматики

Лабораторная работа № 3

Исследование статических характеристик и параметров магнитных материалов

Группа:	АА-48	Преподаватель:	Кондратьев В. А.
Студенты:
Дата:

Новосибирск  2007 

Цель работы

Приобретение практических навыков использования различных схем выпрямления и фильтрации в трансформаторных нерегулируемых источниках питания систем автоматики.

Задачи работы

1. Установить величину напряжения первичной обмотки трансформатора, при котором амплитуда магнитной индукции в сердечнике будет B _m= 1 Тл.

2. Объяснить форму тока в первичной обмотке трансформатора: 

–  в режиме холостого тока (без нагрузки);

–  в режиме максимальной нагрузки для трех схем выпрямления без фильтрации и с емкостным фильтром при С=1000 мкФ.

3. Объяснить отличие коэффициента пульсаций тока в нагрузке при двухполупериодном выпрямлении по схеме № 4   от теоретического, равного  k_п.т = 0.707.          

4. Объяснить, как по форме падения напряжения на дросселе установить исполнение сердечника (с зазором или без зазора или иначе - ненасыщающийся / насыщающийся). Обосновать какой дроссель целесообразно использовать для целей фильтрации.

5. Определить ориентировочное значение индуктивности дросселя с разрезным сердечником, используя для этого показания стрелочных приборов на стенде (омическое сопротивление обмотки дросселя R_д = 1.6 Ом).

6. Снять и построить нагрузочные характеристики источников питания при оговоренной схеме выпрямления и различных схемах фильтарации (в том числе и без фильтрации). Параметры фильтров должны быть выбраны и обоснованы самостоятельно.

Исследуемые схемы выпрямителей

Рис1. Однополупериодная

Рис2. Двухполупериодная схема со средним выводом вторичной обмотки

Рис3. Однофазная мостовая

Результаты выполнения работы

1. Величина Еср может быть определена на основании закона электромагнитной индукции, примененному к любой обмотке и возможности измерения ЭДС прибором магнитоэлектрической системы:

Еср=

Подставляя численные значения, находим что Еср = 47,60 В

2.  В режиме холостого хода ток во вторичной обмотке трансформатора не протекает. Форма тока в первичной обмотке отличается от синусоидальной. Это обусловлено тем что ток, протекающий по обмотке трансформатора зависит от насыщения сердечника.

В режиме максимальной нагрузки (минимального сопротивления) по вторичной обмотке трансформатора начинает протекать ток. Так как ток, протекающий в первичной обмотке обусловлен переменной ЭДС источника, ЭДС обмотки и сопротивлениями первичной и вторичной обмоток, то форма тока, протекающего по первичной обмотке значительно отличается от синусоидальной.

При включении емкостного фильтра (С = 1000 мкФ) форма тока в первичной обмотке трансформатора так же значительно меняется в результате появления во вторичной обмотке трансформатора емкостного сопротивления.

В режиме максимальной нагрузки (со включенным выпрямителем) во вторичной обмотке наводится ток, в результате чего индуктивное сопротивление первичной обмотки уменьшается, следовательно увеличивается амплитуда тока в первичной обмотке.

Форма тока в нагрузке при двухполупериодном выпрямлении при использовании различных схем выпрямления  отличается. В схеме с двухполупериодным выпрямлением происходят скачки амплитуды, которые отсутствуют при использовании схемы типа «мост». Это обусловлено тем, что Схема типа мост позволяет получить требуемое напряжение на нагрузке при числе витков во вторичной обмотке трансформатра вдвое меньше, чем в однотактной двухполупериодной.

3.

Под коэффициентом пульсации  понимается отношение амплитуды  наиболее выраженной гармонической составляющей (реально – первой), входящей в кривые выпрямленного тока либо напряжения, к постоянной составляющей  этого тока или напряжения.

Коэффициент пульсации ( =1,5 В, =1,7 В):

К_п = / = 1,5/1,7 = 0,8824.

Коэффициент отличается от теоретического за счет уменьшения среднего значения тока. Данное уменьшение тока связано с сопротивлением диодов.

4. Падение напряжения на дросселе с разрезным сердечником повторяет форму тока т.е. является синусоидальным. А на дросселе с неразрезным сердечником форма напряжения искажается в следствии того что может возникнуть режим насыщения.

Поэтому для целей фильтрации целесообразно использовать дроссели с разрезным сердечником (то есть ненасыщающиеся), так как форма и значение тока значительно зависит от режима насыщения сердечника.

5. Показания приборов: I = 0.15 А; U = 2.4 В

Значение индуктивности определяется исходя из полного сопротивления:

Z² = U² / I²

Z² = R_д² +X_L²

X_L² =(2.4/0.15)² - 1.6² ;

X_L² =256 –2.56;

X_L²=253.45;

X_L = 15.92

L = X_L/2w, где w = 2pf; 

L = 15.92/(200p) = 0.025 Гн

6. Нагрузочные характеристики источников питания.

Показания вольтметра и амперметра в первичной обмотке трансформатора

Таблица 1

Без фильтрации		С емкостью		С разрезным дросселем		С L-C фильтром
Id,А	Ud,В	Id,А	Ud,В	Id,А	Ud,В	Id,А	Ud,В
0	4,76	0	7,8	0	4,8	0	7,2
0,045	4,2	0,065	6,4	0,05	4,0	0,02	6
0,15	3,7	0,2	5,4	0,14	3,4	0,15	3,5
0,21	3,5	0,27	4,6	0,18	3	0,19	3,2
0,323	3,14	0,37	3,8	0,27	2,7	0,28	2,8

Рис. 4. Вольт-амперная характеристика в первичной обмотке трансформатора: с емкостью без фильтрации(1); с L-C фильтром(2); без фильтрации(3); с разрезным дросселем(4).

Вывод

1.  В режиме холостого хода синусоидальная форма тока в первичной обмотке нарушается из-за насыщения сердечника трансформатора.

2.  При включении выпрямителя ток, проходящий через нагрузку, становится пульсирующим.

3.  При включении в цепь фильтра пульсации тока сглаживаются за счет уменьшения переменной составляющей.