§ 5.6. Методические указания к экспериментальному исследованию №2 модуля 5

Исследование нелинейной индуктивности и явления феррорезонанса

Цель работы – изучение экспериментальных методов определение параметров схемы замещения нелинейной индуктивности с ферромагнитным сердечником и исследование резонансных режимов в нелинейных цепях.

Программа работы

1. Выполнить индивидуальную расчетную часть.

2. Исследовать зависимость параметров катушки с ферромагнитным сердечником от приложенного напряжения.

3. Исследовать явление резонанса напряжения в цепи с нелинейной индуктивностью.

Описание лабораторной установки

В работе исследуются нелинейные двухполюсники в цепи переменного тока. Источником синусоидальной ЭДС служит сеть частотой 50 Гц. Напряжение сети снимается с зажимов автоматического выключателя QF и регулируется с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТР) Т. Для измерения действующих значений тока I и напряжения U, активной мощности P, используется комплект измерительных приборов К-505, к выходным зажимам которого подключается исследуемая цепь (рисунок 5.5).

Рисунок 5.5. Электрическая схема исследуемой цепи.

Порядок выполнения индивидуальной расчетной части

1. Рассчитать схему замещения и построить векторную диаграмму катушки с ферромагнитным сердечником по результатам экспериментов на постоянном и переменном токе.

На постоянном токе: U = 20 B, I = 2 A.

На переменном токе: U = 120 B, I = 0,5 A, P = 5 Вт.

Известно, что индуктивность рассеяния приблизительно составляет 10% от индуктивности катушки. Выполняется первым студентом.

2. На рисунке 5.6. приведена ВАХ нелинейной катушки индуктивности. Рассчитать емкость конденсатора, чтобы резонансу напряжений соответствовал ток 2А. Построить эквивалентную ВАХ цепи и определить величину тока, который будет течь в цепи непосредственно после скачка тока.

Выполняется вторым студентом.

Рисунок 5.6. Вольт-амперная характеристика нелинейной катушки индуктивности.

3. Используя ВАХ нелинейной катушки индуктивности (рисунок 5.6), рассчитать емкость конденсатора, при которой ток в цепи после скачка будет равен 3А. Построить эквивалентную ВАХ цепи и определить величину тока, соответствующий резонансу напряжений. Выполняется третьим студентом.

Порядок выполнения экспериментальной части

1. Собрать электрическую цепь, соответствующую схеме замещения (рисунок 5.5), подключить к выводам комплекта измерительных приборов К-505 катушку L с ферромагнитным сердечником (рисунок 5.6).

Рисунок 5.6. Исследуемый нелинейный двухполюсник –

катушка с ферромагнитным сердечником.

Собранную схему показать преподавателю или лаборанту. Движок лабораторного автотрансформатора Т установить в нулевое положение. Воздушный зазор в сердечнике сделать равным нулю, снять ВАХ катушки, для чего, изменяя напряжение с помощью автотрансформатора Т, устанавливать значения тока I указанные в таблице 5.7 и измерить соответствующие значения напряжения U и активной мощности P. Занести в протокол величину активного сопротивления катушки на постоянном токе R_М .

R_М = Ом.

Таблица 5.7. ВАХ катушки с ферромагнитным сердечником и ее параметры схемы замещения.

Измерено			Вычислено
I	U	Р	RЭ	хЭ	RCТ	xS	xμ
A	B	Вт	Ом	Ом	Ом	Ом	Ом
0,5
1,0
1,5
2,0
2,5
3,0
3,5
4,0

2. Построить ВАХ нелинейной индуктивности L , используя данные таблицы 5.7. и рассчитать емкость конденсатора, чтобы после характерного для феррорезонанса напряжения скачка тока его величина в цепи была равна 3 А (см. Приложение).

3. Собрать электрическую цепь, соответствующую схеме замещения (рисунок 5.5), подключить к выводам комплекта измерительных приборов К-505 последовательное соединение нелинейной катушки L и конденсатора С (рисунок 5.7).

Рисунок 5.7. Исследуемый нелинейный двухполюсник –

последовательное соединение нелинейной катушки и конденсатора.

Параллельно катушке и конденсатору подключить вольтметры с диапазоном 250 и 500 Вольт. Следует помнить, что напряжение на конденсаторе может значительно превышать напряжение на катушке индуктивности. Величину емкости конденсатора С взять близкую к найденной в пункте 2.

Увеличивая напряжение от 0 до 150 В, измерить значение тока непосредственно после скачка. Увеличивая напряжение, а затем уменьшая его измерить соответствующие значения I, U_L, U_C. Ток в цепи не должен превышать 5 А. Результаты измерений занести в таблицу 5.8.

Таблица 5.8. Исследование последовательного соединения нелинейной катушки и конденсатора.

Измерено
№	U	I	UL	UС
	В	A	В	В
1
2
3
4
5
6
7
8

4. По результатам измерений вычислить параметры схемы замещения катушки с ферромагнитным сердечником (таблица 5.5)

5. По результатам измерений построить на одном графике зависимости U(I), U_L(I), U_C(I) – прямую и обратную ветви.

Построить методом засечек две векторных диаграммы для режимов до и после резонанса, считая конденсатор чисто реактивным элементом, а ток и напряжение эквивалентными синусойдами.

6. Сделать выводы по результатам экспериментов.

ПРИЛОЖЕНИЕ

Ориентировочное определение величины емкости конденсатора, при которой ток в цепи после скачка равен заданной величине.

Строится вольт-амперная характеристика катушки со стальным сердечником U_L(I). По оси абсцисс откладывается отрезок ОМ равный заданной величине тока I (рисунок 5.8). Через точку М проводится вертикальная линия. Затем строится вольт-амперная характеристика конденсатора U_C(I) так, чтобы отрезки АВ и СD были равны, где отрезок АВ – наибольший между характеристиками UL(I) и UC(I). Величина .

Искомая величина емкости конденсатора

Рисунок 5.8. Методика нахождения величины емкости конденсатора при последовательном соединении нелинейной катушки индуктивности и конденсатора