Исследование свойств устройств с переменными магнитодвижущими силами. Приобретение навыков экспериментального определения и автоматизированной обработки статических характеристик устройств, в которых имеется несколько магнитосвязанных обмоток, подключаемых к источникам питания различного рода тока

Лабораторная работа № 1

Исследование свойств устройств с переменными магнитодвижущими силами

Цель работы

Приобретение навыков экспериментального определения и автоматизированной обработки статических характеристик устройств, в которых имеется несколько магнитосвязанных обмоток, подключаемых к источникам питания различного рода тока.

Краткие теоретические положения

Свойства исполнительных электромеханических устройств, трансформаторных, индуктивных и индукционных преобразователей перемещения во многом зависят:

- от вида вольтамперных характеристик (ВАХ) обмоток электромагнитных систем (ЭМС) конкретного исполнения и назначения;

- от изменения коэффициентов дифференциальной индуктивности и взаимной индуктивности при  изменении воздушного зазора, тока нагрузки, а в некоторых специальных случаях и тока подмагничивания.

При экспериментальном определении ВАХ обмоток, пересчете их к характеристикам намагничивания (зависимость потокосцепления обмотки от тока или намагничивающей силы), определении дифференциальной индуктивности, влияния электромагнитной связи между обмотками необходимо использовать законы  

- электромагнитной индукции;

- второй закон Кирхгофа для электрической цепи;

- второй закон Кирхгофа для магнитной цепи (иначе – закон полного тока).

Кроме того, необходимо иметь отчетливое представление о возможностях различных средств измерения и их обработки.

Вид характеристик намагничивания магнитопроводов обусловлен их конструкцией и доменной структурой вещества, из которых они изготовлены. Свойства магнитопроводов характеризуются основной кривой намагничивания, формой и размерами. Проявление взаимной индукции, возможности управляемого изменения дифференциальной индуктивности обмотки исследуется при снятии ВАХ с подмагничиванием магнитопроводов от магнитодвижущей силы дополнительной обмотки, обтекаемой постоянным током от источника тока (правильно) либо ЭДС (неправильно).

В лабораторной работе результаты получаются двумя способами:

– с использованием амперметра и вольтметра (без наблюдения явления гистерезиса);

– осциллографированием ВАХ (с наблюдением петли гистерезиса материала магнитопровода).

Схемы включения обмоток для проведения исследований представлены рис. 1 … 3. Напряженность переменного магнитного поля создается магнитодвижущей силой первичной (рабочей) обмоткой 1 с числом витков w₁. Для измерения величины ЭДС взаимной индукции, а так же расчета индукции магнитного поля в магнитопроводе используется измерительная обмотка 2 с числом витков w₂. Для создания поля подмагничивания напряженностью H_п, используется обмотка подмагничивания 3  с числом витков w₃.

Магнитный поток в магнитопроводе является функцией результирующей намагничивающей силы[1], параметров кривой намагничивания материала магнитопровода, геометрией и размерами магнитопровода. Размеры характеризуются сечением и длинной по средней линии в направлении прохождения магнитного потока, На величину магнитного потока в магнитопроводе и, соответственно, потокосцепление обмотки существенное влияние оказывает воздушный зазор (большое магнитное сопротивление).

Исходя из возможностей используемого оборудования (измерений средних по модулю значений токов и напряжений) методом амперметра-вольтметра, можно получить зависимости вида:

                                       и .                                  (1)

При использовании осциллографического метода определяются зависимости и изменение вида ВАХ, обусловленной точками ветвления петли гистерезиса материала магнитопровода.

Амплитуда индукции в магнитопроводе может быть рассчитана по величине среднего значения ЭДС в измерительной обмотке:

 ,                                                       (2)

где f= 50 − частота источника питания, Гц;    − число витков измерительной обмотки (указано на лицевой панели модуля); S −  сечение магнитопровода, м² (указано на лицевой панели модуля).

Напряженность переменного магнитного поля в магнитопроводе (в данном случае среднее значение) на основании закона полного тока определяется по формуле

,                                                             (3)

где  - число витков рабочей (первичной) обмотки, по которой протекает переменный ток, оцениваемый средним значением I_ср (указано на лицевой панели модуля);         l_ср - длина средней силовой линии магнитопровода, м (указано на лицевой панели модуля).

Выражение (3) используется и для расчета величины Н_п при определении характеристик с подмагничиванием, полученных методом амперметра-вольтметра, а при исследованиях с применением осциллографа – и величины .  При этом в (3) вместо величины тока подмагничивания подставляется амплитудное значение тока в рабочей обмотке . Величина  определяется по падению напряжения на эталонном сопротивлении R1 в цепи первичной обмотки (см. рис. 3, величина R1=1.8 Ом) с использованием закона Ома для участка цепи.