ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА4. Лабораторная работа 4 исследование электрических цепей со взаимной индуктивностью цель работы

• Название: Лабораторная работа 4 исследование электрических цепей со взаимной индуктивностью цель работы
• Дата: 26.04.2021
• Размер: 132.55 Kb.
• Имя файла: ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА4.docx
• Тип: Лабораторная работа; #198936

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4 ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ СО ВЗАИМНОЙ ИНДУКТИВНОСТЬЮ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Цель лабораторной работы – приобретение навыков исследования электрических цепей, содержащих индуктивно связанные обмотки.

ЗАДАЧИ РАБОТЫ

Задачи лабораторной работы:

– приобретение навыков разметки индуктивно связанных обмоток;

– определение взаимной индуктивности;

– определение параметров индуктивно связанных обмоток;

– построение векторных диаграмм трансформатора.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

А . В лаборатории

1. Собрать цепь (рис. 1) для определения параметров индуктивной катушки

2. Довести ток до значения, не меньшего 2/3 предела измерения амперметра, при плавно увеличивающемся напряжении. Записать показания приборов U, I, P.

3. Повторить действия по п. 2 для второй катушки.

4 . Собрать цепь (рис. 2), соединив индуктивные катушки последовательно. Записать показания приборов  U, I, P.

5. Поменять местами концы одной из катушек. Повторить действия по п.4.

6 . Собрать схему трансформатора (рис. 3). В качестве первичной обмотки взять катушку с меньшей индуктивностью.

7. Установить сопротивление нагрузки R_н, равное 30 Ом. Измерить токи и напряжения в цепи.

8. Установить сопротивление нагрузки R_н, равное нулю, закоротив его концы. Измерить токи и напряжения.

9. Разомкнуть вторичную цепь и измерить токи напряжения.
Б. Дома

10. По результатам измерений, полученным в п.2 и 3 рассчитать активные и индуктивные сопротивление индуктивных катушек (R₁, X₁ R₂, X₂, L₁, L_2.).

11. По результатам измерений, полученным в п. 4 и 5, рассчитать взаимную индуктивность, коэффициент индуктивной связи, а также разметить концы обмоток.

12. По результатам измерений, полученным в п. 9, рассчитать взаимную индуктивность катушек другим методом. Сравнить результат с результатом, полученным в п. 11.

13. По результатам расчетов, полученным в п. 10 и 11, составить уравнения трансформатора и рассчитать токи и напряжения при сопротивлениях нагрузки R_H = 30 Ом и R_H = 0 Ом. Сравнить результаты с данными п. 7 и 8. Построить векторные диаграммы трансформатора при R_H=30 Ом и R_H=0 Ом.

14. Оформить отчет о лабораторной работе, в котором для каждого эксперимента привести схему исследуемой цепи, измеренные величины, формулы, диаграммы, выводы (сравнение результатов эксперимента и результатов расчета). Порядок выполнения работы и расчеты сопровождать текстовыми пояснениями.

15. Подготовить устно ответы на вопросы.

МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ

При определении параметров индуктивных катушек по экспериментальным данным использовать формулы



При определении взаимной индуктивности сначала по указанным формулам определить сопротивления двух катушек R_Σ, Z_Σ, X_Σ для одного эксперимента, а затем, поменяв концы одной из катушек, для другого эксперимента. Тогда



В том опыте, где Z_Σ оказалась меньше (или соответственно, при неизменном напряжении ток оказался больше) там катушки включены встречно.

Коэффициент индуктивной связи определяется по формуле



Другим методом взаимную индуктивность можно определить по данным п.9, так как . Тогда



При выполнении п.13 использовать уравнения трансформатора



При построении векторных диаграмм трансформатора начинать необходимо с построения тока I₂ в масштабе m_I. Далее строят диаграмму напряжений в масштабе m_U, откладывая соответственно I₂R₂ и I₂R_H, параллельно току I₂, далее I₂ перпендикулярно току, а вектор I₁X_M – замыкающий треугольника напряжений определит направление тока I₁ (ток должен отставать от напряжения I₁X_M,так как ). Отложив в ранее выбранном масштабе ток I₁ перпендикулярно напряжению I₁X_M, можно по первому уравнению трансформатора достроить диаграмму напряжений: I₁R₁ – параллельно току I₁, I₁X_L – перпендикулярно току I₁ и далее I₂ωM перпендикулярно току I₂. Сумма этих векторов определит входное напряжение U₁.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

1 Как в результате эксперимента определить коэффициент взаимной индукции?

1Собираем схему

2. На катушку 1 подаем переменное напряжение от звукового генератора частотой и задаем силу тока , контролируя ее с помощь амперметра .

3. С помощью вольтметра измеряем ЭДС на катушке 2.

4. Проводим измерения для расстояний между центрами катушек: , , ,  и с помощью выражения вычисляем соответствующие  значения коэффициента  взаимной индуктивности .

5. Заносим результаты измерений в таблицу.

1. 
   Как рассчитать коэффициент индуктивной связи?
   

2. 
   Нарисуйте схему замещения трансформатор без индуктивных связей.
   
3. 
   Прокомментируйте порядок построения векторной диаграммы трансформатора.
   

                            
Ток первичной обмотки представляет собой намагничивающий ток трансформатора. Построение векторной диаграммы (рис.10) начинают с вектора потока  . ЭДС   и   отстают от потока на угол 90°. Реактивная составляющая тока намагничивания   совпадает по фазе с потоком, а его активная составляющая опережает поток на 90°. Намагничивающий ток   несколько опережает поток  . Для получения вектора первичного напряжения необходимо построить вектор   и прибавить к нему падения напряжений на активном   и индуктивном   сопротивлениях. Из векторной диаграммы видно, что   очень мал. Обычно  . Трансформатор потребляет из сети реактивную мощность на создание магнитного поля в трансформаторе.

4. 
   Что такое «вносимое сопротивление». Отчего оно зависит?
   

Вносимое сопротивление тем больше, чем сильнее связь между контурами ( больше М), и оно определяет переход энергии из первичного контура во вторичный.  

Вносимые сопротивления представляют собой такие сопротивления, которые следовало бы внести в первичную цепь ( включить последовательно с Ях и Хг), чтобы учесть влияние нагрузки вторичной цепи трансформатора на ток в его первичной цепи.  

Вносимое сопротивление для любого из пассивных преобразователей определяет количество энергии, передаваемой во вторичную цепь. Коэффициент связи - реакция вторичной цепи, определяющая ЭДС, создаваемую во вторичной цепи.

5. 
   Составить уравнение по 2-му закону Кирхгофа для контура.
   

замкнутого контура, произвольно выделенного в сложной разветвленной цепи, равна алгебраической сумме ЭДС в этом контуре



где k – число источников ЭДС; m – число ветвей в замкнутом контуре; Ii, Ri – ток и сопротивление i-й ветви. 



Рис. 2

Так, для замкнутого контура схемы (рис. 2) Е1 - Е2 + Е3 = I1R1 - I2R2 + I3R3 - I4R4

Замечание о знаках полученного уравнения: 

1) ЭДС положительна, если ее направление совпадает с направлением произвольно выбранного обхода контура; 

2) падение напряжения на резисторе положительно, если направление тока в нем совпадает с направлением обхода.

Физически второй закон Кирхгофа характеризует равновесие напряжений в любом контуре цепи.