Описание лабораторного стенда

Лабораторный стенд представляет собой модель индуктивного накопителя со сферической обмоткой и предназначен для измерения распределения магнитного поля во внутренней и внешней областях обмотки, а также для измерения собственной индуктивности катушки. Модель состоит из шести отдельных секций, расположенных вертикально и отделенных друг от друга дисками из оргстекла (рисунок 4.2). Геометрические размеры секций выбраны таким образом, чтобы обеспечить синусоидальный закон изменения толщины сферической обмотки (4.1). Обмотка имеет следующие параметры: средний диаметр обмотки d = 0,30 м, максимальная толщина обмотки = 0,027 м, коэффициент, характеризующий относительную толщину обмотки =1,2.

Рисунок 4.2 Секционирование сферической обмотки

Секции обмотки с помощью внешней коммутации соединены последовательно. Обмотка намотана медным изолированным проводом диаметром =0,0027 м с коэффициентом заполнения к_з = 0,4. Число витков w = 730.

Измерение индуктивности и сопротивления обмотки ИН производится с помощью моста Е7-4. Методика измерений описана в разделе 5.

Измерение распределения магнитного поля производится с помощью индуктивного магнитометрического датчика в переменном магнитном поле. Датчик представляет собой катушку малых геометрических размеров по сравнению с размерами сферического индуктивного накопителя. Изменение поля внутри катушки мало, поэтому можно считать измерение магнитного поля точечным. ЭДС датчика определяется выражением

, (4.11)

где Е – ЭДС датчика, В – действующее значение индукции магнитного поля, - коэффициент чувствительности, зависящий от конструкции и размеров датчика. ,

- угол между направлением поля и продольной осью датчика в точке измерения

Располагая ось датчика последовательно в двух взаимно перпендикулярных направлениях (по оси и по оси ) в точке и замеряя соответствующие ЭДС, пропорциональные компонентам индукции магнитного поля в данной точке, получим распределение магнитного поля сферической обмотки. Полная величина поля определяется как

. (4.12)

Внутри обмотки имеются пять датчиков (Д₁, Д₂, Д₃, Д₄, Д₅), оси которых направлены перпендикулярно плоскости витков, то есть вдоль оси Z (рисунок 4.2). Так как поле внутри сферической обмотки направлено так же, то есть вдоль оси Z, то для внутренних датчиков в формуле (4.11) угол . Координаты датчиков внутри обмотки: Д₁(0,119; 25), Д₂(0,087; 50), Д₃(0,025; 0), Д₄(0,078; 0), Д₆(0,125; 0).

Снаружи обмотки магнитное поле измеряется переносным датчиком. При этом его ось располагается сначала вдоль радиальных направлений, В этом случае измеряется компонента поля В_r, затем перпендикулярно им (измеряется компонента магнитного поля B_).

Рисунок 4.3 Электрическая схема измерений

Электрическая схема подключения обмотки представлена на рисунке 4.3. Для получения переменного магнитного поля обмотка модели сферического индуктивного накопителя подключается через ЛАТР к сети 115 В, 400 Гц. Величина тока через обмотку измеряется амперметром PA1.

Методические указания

1. Перед проведением измерений ознакомиться с моделью сферического накопителя и измерительными приборами.

2. Измерить индуктивность L сферической обмотки мостом Е7-4.

3. Измерить сопротивление R сферической обмотки мостом Е7-4.

4. Рассчитать L индуктивность и R, пользуясь формулами (4.8), (4.10) и исходными данными, характеризующими обмотку .

5. Измерить распределение осевой компоненты магнитного поля B_z внутри обмотки для точек 1(0,119; 25), 2(0,087; 50), 3(0,025; 0), 4(0,078; 0), 5(0,125; 0) и в 6-ти точках снаружи:

а) проверить исходное состояние рукоятки ЛАТРа (крайнее против часовой стрелки), включить вольтметр В3-38 и собрать схему питания сферической обмотки (рисунок 4.3, клеммы КК);

б) подать питание на ЛАТР;

в) установить по амперметру и поддерживать неизменным ток 1 А;

г) произвести измерение ЭДС датчиков, расположенных внутри обмотки (Д₁, Д₂, Д₃, Д₄, Д₅). Вольтметр в начале измерений должен быть установлен на самый грубый предел. По мере необходимости необходимо переключать предел измерений до тех пор, пока стрелка не выйдет за 1/3 шкалы;

д) произвести измерение ЭДС переносного датчика, располагая его в точках, координаты которых указаны на внешней плате стенда. При этом ось датчика расположить сначала вдоль радиальных лучей, затем поперек них, измеряя тем самым соответственно В_r и B_;

е) по окончании измерений вывести рукоятку ЛАТРа в нулевое положение.

6. Рассчитать по замеренным величинам ЭДС соответствующие компоненты магнитного поля по формуле (4.11).

7. Рассчитать значения компонент магнитного поля по формулам (4.4), (4.6), (4.7), (4.12) и сравнить их с измеренными.

8. Составить отчет по лабораторной работе следующего содержания:

а) схема установки (рисунок 4.3);

б) измеренные и расчетные значения индуктивности и сопротивления сферической обмотки;

в) таблицы с измеренными ЭДС датчиков и величиной магнитного поля, а также с расчетными значениями магнитного поля в этих же точках;

г) графические зависимости B_Θ(r, 90^o), B_Θ(r, 60^o) и B_r(r, 60^o) измеренных и расчетных значений компонент магнитного поля.

Таблица 4.1

Номер точки	Внутренние точки
	1	2	3	4	5
Е, мВ
Визм , мТл
Врасч, мТл

Таблица 4.2

Номер точки	Внешние точки
	6	7	8	9	10	11
er, мВ
e, мВ
Br, мТл
B, мТл
Brрасч, мТл
Bрасч, мТл
Врасч, мТл

Методика измерения индуктивности и сопротивления с помощью моста Е7-4

Исходное положение перед включением:

а) ручка «tg» – «Q» – в положении «Q»;

б) ручка «Частота H_z» – в положении 100;

в) ручка «Фаза» – в положении «0»;

г) переключатель «Род измерений» – в положении «L»;

д) переключатель «Отсчет»  (левая ручка в положении «Г», правая – «0»);

е) ручка «Чувствительность индикатора» – крайнее левое положение;

ж) переключатель «Множитель» – в крайнем левом положении.

Провода подключены через щупы и зажимы к измеряемой обмотке.

Измерение индуктивности обмотки

После установки исходного положения всех органов управления включить тумблер «Сеть» моста Е7-4. Ручкой «Чувствительность индикатора» установить ток – 30 мкА, переключателем «Множитель» добиваются минимального отклонения стрелки микроамперметра моста от нуля. После чего вновь восстанавливается ток 30 мкА ручкой «Чувствительность индикатора», а левым переключателем «Отсчет» добиваются минимальных показателей микроамперметра моста, а затем минимальных показаний добиваются правой ручкой «Отсчет».

При каждом уменьшении показаний ручкой «Чувствительность индикатора» устанавливается ток 30 мкА. Затем ручкой «Фаза» также добиваются минимальных показаний микроамперметра, и далее попеременно правой ручкой «Отсчет» и ручкой «Фаза» добиваются минимальных отклонений стрелки микроамперметра от нуля, вплоть до увеличения чувствительности индикатора до максимальной.

Отсчет показаний по левому переключателю «Отсчет» – в единицах, а по правому – в десятых и сотых долях измеряемой индуктивности, затем для получения индуктивности в единицах СИ суммарные показания переключателя «Отсчет» умножаются на множитель, на который указывает переключатель «Множитель».

По окончании измерений ручка «Чувствительность индикатора» устанавливается в крайнее левое положение, а затем все ручки и переключатели устанавливаются в исходное положение.