Исследование катушки с разомкнутым сердечником

ПЕТЕРБУРГСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ

ПУТЕЙ СООБЩЕНИЯ

Кафедра “Теоретические основы электротехники”

Лабораторная работа № 37

“Исследование катушки с разомкнутым сердечником”

Проверил:

Выполнил:

Михайлов Ю.А.                                                                                студент группы Эc-605

Осипов В.Н.

Санкт-Петербург

2008

ВВЕДЕНИЕ

Цель работы– исследование периодических электромагнитных процессов в реактивной катушке. В качестве объекта исследования выбрана катушка с разомкнутым сердечником.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1.  Определение параметров катушки , , , , ,  при различных сердечниках (медном сплошном, медном проволочном, стальном сплошном, стальном проволочном, а также без сердечника). Построение треугольников сопротивлений для каждого случая.

2.  Исследование зависимости параметров катушки со стальным сплошным сердечником от величины приложенного напряжения при постоянной частоте. Построение графиков (характеристик) , , , , ,  в функции .

3.  Исследование зависимости параметров катушки со стальным сплошным сердечником от частоты при постоянном по действующему значению напряжении. Построение графиков  , , , , ,  в функции .

4.  Исследование зависимости параметров катушки со стальным сплошным сердечником от частоты при постоянной величине амплитуды магнитной индукции. Разделение потерь в сплошном сердечнике на гистерезис и на вихревые токи: определение , , , . Построение графиков , , , построение зависимостей , .

Таблица 1

Характеристика измерительных приборов

КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ ИЗ ТЕОРИИ

Катушки с разомкнутым сердечником находят широкое применение в различных электротехнических устройствах: электрических фильтрах, антеннах связи и т.п.

На рис. 1,а изображена катушка с разомкнутым сердечником. Линии магнитного поля такой катушки замыкаются, проходя частично по сердеч­нику, частично до воздуху.

Рис. 1

На рис. 1,а изображена силовая линия магнитного поля. Магнитное сопротивление катушки с разомкнутым сердечником

,

где  – магнитное сопротивление участка магнитной цепи по стали;

 – магнитное сопротивление магнитной цепи по воздуху;

,  – соответственно длина средней магнитной линии в сердечни­ке и сечение сердечника;

,  – длина воздушного зазора и его среднее сечение;

 – магнитная проницаемость материала сердечника;

 – магнитная проницаемость воздуха.

Магнитодвижущая сила катушки  (рис. 1,б, кривая 3) уравновеши­вается суммой магнитных напряжений на участках магнитной цепи:

.

Зависимость  на участке магнитной цепи, содержащем сер­дечник, в соответствующих масштабах (,) повторяет кривую намагничивания  материала сердечника (рис. 1,б, кривая 1). Зависимость  на участке магнитной цепи, содержащем зазор, пред­ставляет собой прямую линию                      (рис. 1,б, кривая 2):

.

Анализируя магнитную цепь (рис. 1,а), можно установить следую­щее: несмотря на то, что явления, возникающие при намагничивании сер­дечника в катушке с зазором, проявляются слабее, чем в катушке без зазо­ра, качественно все они должны влиять на свойства катушки и ее парамет­ры.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

Для определения параметров катушки с сердечником собирается схема, изображенная на рис. 2. В схему включены два амперметра и два ваттметра на меньший и больший пределы измерения.

Рис. 2

1. Определение параметров катушки , , , , ,  при различных сердечниках (медном сплошном, медном проволочном, стальном сплошном, стальном проволочном, а также без сердечника). Построение треугольников сопротивлений для каждого случая

При выполнении первого пункта программы в катушку помещаются различные сердечники: медные – сплошной и проволочный, стальные – сплошной и проволочный, а также выполняется опыт с катушкой без сер­дечника. Частота питающего напряжения должна быть постоянной. Под­держивается постоянное по действующему значению напряжение, указан­ное преподавателем.  определяется из опыта с катушкой без сердечни­ка. Данные опыта занесены в табл. 2.

Таблица 2

Результаты опыта с различными сердечниками

Сердечник	Наблюдаются				Вычисляются
	, В	, А	, Гц	,  Вт	, Ом	, Ом	, Ом	,  Ом	,  Гн	, Ом
Стальной сплошной	70	0,35	50	14	7,22	107,06	114,29	164,13	0,52	200
Стальной провол.	70	0,25	50	5	7,22	72,78	80	268,33	0,85	280
Медный сплошной	70	2,8	50	70	7,22	1,71	8,93	23,35	0,07	25
Медный провол.	70	2,8	50	65	7,22	1,07	8,29	23,59	0,08	25
Без сердечника	70	3	50	65	7,22	0	7,22	22,19	0,07	23,33

На рис. 3 построены треугольники сопротивлений для каждого случая.

Пример расчета:

 (Ом);

 (Ом);

 (Ом);

 (Ом);

 (Ом);

 (Гн).

Треугольники сопротивлений
Стальной сплошной сердечник	Стальной проволочный сердечник
а)	б)
Медный сплошной сердечник	Медный проволочный сердечник
в)	г)
Без сердечника
д)
Рис. 3

2. Исследование зависимости параметров катушки со стальным сплошным сердечником от величины приложенного напряжения при постоянной частоте. Построение графиков (характеристик) , , , , ,  в функции