Лабораторная установка

Схема установки изображена на рис.9. Экспериментальная установка включает в себя два источника питания цепи: один постоянного тока, а второй – переменного.

р ис. 9.

Регулировка подаваемого на индуктивность напряжения осуществляется потенциометром R. Измерение тока осуществляется амперметром А, а напряжения на катушке индуктивности – вольтметром V. Подключение постоянного или переменного напряжения осуществляется переключателем П2. В установке предусмотрены не показанные на схеме из-за излишней громоздкости элементы, позволяющие переключать соединения и измерять одним и тем же прибором магнитоэлектрической системы характеристики и постоянного и переменного тока. Причём в режиме измерения переменного тока амперметр и вольтметр включаются соответственно в диагонали мостов, собранных на полупроводниковых диодах. Выпрямитель преобразует синусоидальный ток в пульсирующий (одного направления), среднее значение которого измеряется магнитоэлектрическим прибором.

Методика определения индуктивности катушки и обработка результатов измерения

Если цепь имеет только индуктивное сопротивление Х_L = ωL и активное R, а ёмкостное сопротивление отсутствует Х_С = 1/ωС = 0, то полное сопротивление цепи равно:

(14)

Этот случай часто реализуется на практике, поскольку применяемые катушки индуктивности кроме индуктивного сопротивления, имеют конечное активное сопротивление, а ёмкостное сопротивление пренебрежимо мало. Индуктивность катушки можно выразить из формулы (14):

(15)

Выражение (15) является рабочей формулой для определения индуктивности. Чтобы воспользоваться рабочей формулой, нужно знать круговую частоту переменного тока ω, полное сопротивление цепи переменному току Z и активное сопротивление R. Круговая частота равна ω = 2πν, где ν=50 Гц. Полное сопротивление Z можно найти из формулы (12),

Z = U_эф/I_эф, (16)

поэтому полное сопротивление можно определить с помощью амперметра и вольтметра, питая цепь катушки переменным током.

Активное сопротивление R можно определить, питая цепь постоянным ком (ω = 0). Как видно из формулы в этом случае Z = R.

R = U_п/I_п. (17)

Обработка результатов измерения состоит в следующем:

1. На основании результатов измерений следует вычислить величину активного сопротивления катушки по формуле (17) .

2. Необходимо далее вычислить полное сопротивление катушки без сердечника по формуле (16).

3. Окончательно следует вычислить индуктивность катушки без сердечника по формуле (15).

Аналогично следует определить индуктивность катушки с введенным сердечником. По рассчитанным значениям необходимо построить треугольник сопротивлений для средних значений R,Z и индуктивности L и найти коэффициент мощности для обеих цепей.

Порядок выполнения работы. Задание 1. Определение индуктивности катушки с выведенным и с полностью введенным сердечником.

Измерения осуществляются в такой последовательности:

1. Включить на стенде тумблер «СЕТЬ» (переключатель П1). Стальной сердечник из катушки вывести, для чего рукоятку на приборе справа прижать к корпусу. В положении «R» переключателя П2 зафиксировать ток и напряжение на активном сопротивлении катушки при различных положениях ручки потенциометра R.

2. В положении «Z» переключателя П2 снять зависимость тока в цепи переменного тока I_эфф от напряжения на катушке U_эфф и произвести определение расчетным путем значений индуктивности.

3. Вставить в катушку сердечник на всю его длину, что соответствует выдвижению до предела рукоятки сердечника вне корпуса. Снять зависимость тока в цепи переменного тока I_эфф от напряжения U_эфф. и вновь произвести определение расчетным путем значений индуктивности.

4. Результаты всех измерений свести в таблицу.

Таблица

№ опыта	U0 B	I0 A	R Ом	Uэфф В	Iэфф А	Z Ом	ωi рад/с	L Гн	Lср Гн
Без сердечника 1 2 3
С сердечником 4 5 6

Задание 2 /учебно – исследовательское/. Определение зависимости индуктивности соленоида и коэффициента мощности цепи от длины вводимого в соленоид сердечника.

Здесь предлагается определить экспериментально величину индуктивности катушки для различных длин введенного в соленоид ферромагнитного сердечника (введение сердечника в соленоид следует осуществлять через 1 см.), используя методику определения индуктивности L, представленную в задании 1. По данным измерений построить зависимость индуктивности катушки и значения коэффициента мощности цепи от длины введенного в соленоид сердечника.