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.

Продолжительность лабораторной работы – 3 часа.

ОПИСАНИЕ СТЕНДА

Стенд содержит две индуктивно связанные обмотки без магнитопровода, переносной ваттметр, встроенные амперметры, вольтметры и лабораторный автотрансформатор (ЛАТР).

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 I₂ R₂ и I₂ R_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: I₁ R₁ – параллельно току I₁, I₁X_L – перпендикулярно току I₁ и далее I₂ωM перпендикулярно току I₂. Сумма этих векторов определит входное напряжение U₁.