Пояснення до роботи. Лабораторна робота виконується на установці (див.рис.2.1), що складається з електронного осцилографа (на схемі не показаний)

Лабораторна робота виконується на установці (див.рис.2.1), що складається з електронного осцилографа (на схемі не показаний), двох досліджуваних трансформаторів TV1 і TV2 із осердями з фериту й електротехнічної сталі, автотрансформатора Т1, автоматичного вимикача QF, проміжного реле 1KV, реле напруги 2KV, вимірювальних приладів PA, PV1 і PV2, сигнальних ламп HL1 і HL2, трансформатора Т2 для живлення сигнальних ламп HL1 і HL2, резисторів RR1, RR2, RR3, ланцюга RR4C.

Падіння напруги на резисторі RR3, пропорційне напруженості магнітного поля (Н) у осердях трансформаторів TV1 чи TV2, подається на пластини "X" осцилографа, а напруга з конденсатора С інтегруючого ланцюга RR4C, пропорційна величині індукції (В) у осердях трансформаторів TV1 чи TV2, подається на пластини "Y" осцилографа. Регулювання напруги, яка подається на схему, здійснюється автотрансформатором Т1. При напругах від (0÷50) В досліджується трансформатор TV1 із осердям з фериту. При напругах від 50 В до 100 В досліджується трансформатор TV2 із осердям з електротехнічної сталі. Переключення трансформаторів TV1 і TV2 здійснюється автоматично за допомогою реле напруги 2KV і проміжного реле 1KV при досягненні на виході автотрансформатора Т1 величини напруги порядку 50 В. Момент переключення фіксується по займанню сигнальної лампи HL2.

3 Указівки до виконання лабораторної роботи і заходи щодо ТБ

3.1 Перед включенням лабораторної установки рукоятку автотрансформатора Т1 поставити у вихідне положення, повернувши її проти годинної стрілки до упора. Подачу напруги здійснювати тільки в присутності викладача.

3.2 Уключити тумблер "мережа" на осцилографі і прогріти його.

 

Рисунок 2.1 - Схема для дослідження магнітних властивостей осердів трансформаторів TV1 і TV2

 

3.3 Рукоятку регулятора "діапазон частот" поставити в поло-ження "вимк".

3.4 Рукоятки регуляторів "посилення" по входах на пластини осцилографа "X" і "Y" поставити в положення "0".

3.5 Регуляторами положення луча виставити світлу крапку в центр екрана осцилографа і відрегулювати яскравість світіння. При необхідності відкоригувати фокусування луча.

3.6 Включити тумблером SA1 (на схемі не показаний) мережний розділювальний трансформатор.

3.7 Включити автоматичний вимикач QF на панелі лабораторної установки. При цьому займається сигнальна лампа HL1.

3.8 Накласти кальку чи інший прозорий матеріал на екран осцилографа для замальовки зображення петлі гістерезиса.

3.9 В присутності викладача, поступово збільшуючи напругу U1 автотрансформатором Т1 і регулюючи посилення по входах на пластини "X" і " Y " осцилографа, одержати чітке зображення петлі гістерезиса.

3.10 При встановлених коефіцієнтах підсилення осцилографа в межах зміни напруги U1 від 10 В до 50 В, використовуючи при цьому вольтметр PV1, замалювати на кальку з екрана осцилографа сімейство з 3-5 петель гістерезиса для досліджуваного осердя трансформатора напруги TV1 з фериту. Для кожної фіксованої напруги U1 одночасно реєструються показання приладів РА і PV2. Отримані дані заносяться до протоколу.

3.11 Не змінюючи посилення на входах осцилографа авто-трансформатором Т1 збільшити напругу U1 до величини більш 50 В. При цьому спрацьовують реле напруги 2KV і проміжне реле 1KV, за допомогою якого відключається трансформатор TV1 і підключається до джерела живлення трансформатор TV2 із осердям з електро-технічної сталі, одночасно гасне сигнальна лампа HL1 і займається сигнальна лампа HL2.

3.12 У межах зміни напруги U1 від 50 В до 100 В замалювати на кальку з екрана осцилографа сімейство з 4-5 петель гістерезиса для досліджуваного осердя трансформатора TV2 з електротехнічної сталі. Для кожної петлі гістерезиса записати показання приладів, як і в п. 3.10.

3.13 Після виконання роботи рукоятку автотрансформатора Т1 поставити в положення "0", відключити автоматичний вимикач QF і всі тумблери керування.

3.14 Результати вимірів і розрахунків занести в табл. 3.1.

Таблиця 3.1 - Дослідження магнітних властивостей осердів трансформаторів напруги

Найменування досліджуємого зразка	Виміряно	Розраховано
	U1	U2	I1	Bm	Hm	mr	mrн	mrm	Pуд
В	В	А	Тл	А/м	-	-	-	Вт/кг
Трансформатор TV1
Трансформатор TV2

 

Примітка. Отримані розрахункові значення В_m; Н_m; m_rн; m_rm; P_уд зіставити з аналогічними даними, що приводяться в підручнику чи довідковій літературі для досліджуваних магнітних материалів.

4 Розрахункові формули й інші рекомендації

4.1 Розрахунок напруженості зовнішнього магнітного поля в досліджуваних сердечниках призводити по формулі:

, А/М,

де I₁ - діюче значення струму в первинній обмотці W₁ дослід-жуваного трансформатора напруги, А;

W₁ - число витків первинної обмотки;

- довжина середньої магнітної силової лінії в дослід-жуваному осерді, м.

4.2 Розрахунок значення індукції в осердях призводи-

ти по формулі:

, Тл,

де - діюче значення напруги на вторинній обмотці W2 досліджуваного трансформатора напруги, В;

f = 50 Гц - частота струму;

- число витків вторинної обмотки;

S_c - перетин магнитопроводу досліджуваного осердя, м².

4.3 Розрахунок відносної магнітної проникності m_r для отриманих значень і призводити по формулі:

де - магнітна постійна чи магнітна проникність вакууму, Гн/м;

- розрахункове значення магнітної індукції, Тл;

- розрахункове значення напруженості зовнішнього магнітного поля, А/м;

- абсолютна магнітна проникність феромагнетику в даних умовах, Гн/м.

Для побудови залежності , що потрібно відповідно до завдання, необхідно також розрахувати початкову () і максимальну () відносні магнітні проникності.

Значення потрібно визначати по основній кривій намагнічування, тобто по кривої яка будується з початку координат (т.О) через вершини симетричних петель гістерезиса (крива ОД), знятих під час експериментів, як показано на рис. 4.1.

Максимальна відносна магнітна проникність прямо пропорційна tg a між віссю абсцис і дотичної ОК до основної кривої намагнічування , що проходить з початку координат (див. рис. 4.2).

де ; - максимальні значення магнітної індукції і напруженості зовнішнього магнітного поля для гранич-ної петлі гістерезиса;

±В_Г - залишкова магнітна індукція; ±Н_С – коерцитивна сила;

х;у - координати крапки D на основній кривій намагнічу-вання (у мм), яким відповідають значення Н_m і В_m для граничної петлі гістерезиса;

- масштабний коефіцієнт по вісі Н, ;

- масштабний коефіцієнт по вісі В, ;

1 -основна крива намагнічування; 2-середня крива намагнічування; 3 - гранична петля гістерезиса.

Рисунок 4.1 - Сімейство петель гістерезиса для досліджува-ного магнітного матеріалу

де OD - основна крива намагнічування; ОК - дотична до кривої OD;

a - кут між оссю абсцис (вісю Н) і дотичної ОК;

Х_m; У_m - координати крапки m (мм), яким відповідають напру-женість зовнішнього магнітного поля Н_{m m} і магнітна індукція В_{m m}

Рисунок 4.2 - Приклад побудови дотичної ОК до основної кривої намагнічування OD

Рисунок 4.3 - Зразкова залежність

Розрахунок максимальної відносної проникності призводити по формулі:

де ; - координати крапки m (див. пояснення на рис. 4.2)

; - масштабні коефіцієнти по осях абсцис і ординат (див. пояснення на рис. 4.1)

Для практичних розрахунків початкової магнітної проникності m_rн необхідно скористатися встановленим співвідношенням:

відкіля

де В_r^* - рекомендована залишкова магнітна індукція, Тл

(для електротехнічної сталі рекомендоване значення В_r^* = (0,1÷0,2) Тл; для фериту рекомендоване значення В_r^* = (0,01÷0,05) Тл);

Н_с — коерцитивна сила для граничної петлі гістерезиса, А/м (визначається по осцилограммі петлі гістерезиса з урахуванням визна-ченого масштабного коефіцієнта, тобто , (див. рис. 4.1).

Примітка. Зразкова залежність приведена на рис. 4.3 із указівкою характерних відносних магнітних проникнос-тей та , що відносяться до паспортних даних феромагнетика.

4.4 Розрахунок питомих втрат у досліджуваних осердях трансформаторів напруги призводити по формулі:

, Вт/кг,

де . - площа граничної петлі гістерезиса, мм²;

- масштабні коефіцієнти по вісях абсцис і ординат; (

f = 50 Гц - частота напруги джерела живлення;

γ - щільність матеріалу осердів трансформаторів напруги, кг/м³.

Площу граничной петлі гістерезиса можно визначити, якщо перенести осцілограму петлі з кальки на миліметровий папір і розрахувати кількість мм². Для полегшення визначення площі граничної петлі гістерезиса S_n.r.. для осердя трансформатора з електротехнічної сталі можно рекомендувати скористатися наступним методом:

1) з'єднати крапку D прямими з крапками + В_г і -В_г і одержати трикутник KLD, як показано на рис. 4.4;

2) змістити початок координат петлі гістерезиса в крапку 2, приймаючи що зазначена петля гістерезиса розміщена строго симетрично щодо вісей В и Н;

3) визначити координати к.1; к.2; к.З, що відповідають вершинам трикутника К; L; D у знову введеній системі координат: к.1 (х₁ y₁); к.2 (x₂.: у₂); к.З (x₃; y₃), де х и у значення координат у мм.

Розрахунок S_n._r. призвести по формулі:

, мм²

Похибка визначення S_n._r при правильно виконаних побудовах не перевищує 5-10 %.

 

Рисунок 4.4 - Побудови для визначення площі граничної петлі гістерезиса S_n.r. графоаналітичним методом

 

5 Параметри трансформаторів напруги

5.1 Трансформатор TV1 із осердям з фериту:

W₁ = 1200; W₂ = 320; S_c = 20x15 10^{-6, м2}; = 0,24 м; γ = 5∙10³ кг/м³

5.2 Трансформатор TV2 із осердям з електротехнічної сталі:

W₁ = 2200; W₂ = 70; S_c = 25x25-10^{-6, м2}; = 0,20 м; g = 7,75∙10³ кг/м³.

 

6 Зміст звіту

6.1 Мета лабораторної роботи.

6.2 Електрична принципова схема лабораторної установки.

6.3 Короткі вказівки по виконанню лабораторної роботи.

6.4 Таблиця вимірів і обчислень, розрахункові формули.

6.5 Сімейство петель гістерезиса і графіки залежностей ; для досліджуваних осердів трансфор-маторів напруги.

6.6 Висновки про магнітні властивості осердів випробуваних трансформаторів напруги, які повинні бути направлени на порівняння їх магнітних властивостей.

 

 

7 Зразковий перелік питань для допуску до відпрацьовування лабораторної роботи

7.1 В чому полягає кінцева мета даної лабораторної роботи?

7.2 Пояснити склад і призначення основних елементів лабора-торної установки, призначення інтегруючої RC-ціпочки.

7.3 Які матеріали і чому відносяться до феромагнітних? На які групи умовно поділяються феромагнітні матеріали?

7.4 Привести характерні залежності магнітної індукції (В) і відносної магнітної проникливості () від напруженості магнітного поля (Н), одиниці виміру величин.

7.5 Пояснити процес намагнічування феромагнітних матері-алів з визначенням характерних дільниць на кривой намагнічування.

7.6 В яких координатах знімається петля гістерезиса, харак-терні крапки петлі гістерезиса?

7.7 Яку цінну інформацію несе петля гістерезиса про властивості магнітного матеріалу?

7.8 В чому полягає явище магнітострикції і як воно викорис-товується на практиці?

7.9 Від яких факторів і як залежить магнітна проникність феромагнетиків?

7.10 Які види втрат розрізняють у феромагнітних матеріалах; від яких факторів залежать втрати?

7.11 Методика розрахунку питомих втрат у осердях трансформаторів при дослідженні їхніх властивостей осцілографічним методом.

7.12 Перелічити основні магнітні й електричні параметри, що характеризують феромагнітні матеріали, методи їхнього розрахунку, одиниці виміру в системі СИ.

 

8 Перелік літератури

 

1 Богородицкий Н.П., Пасынков В.В., Тареев Б.М. Электро-технические материалы: Учебник для вузов. - 7-е изд., перераб. и доп. - Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд-ние 1985. - 304 с.,ш.

2 Справочник по электротехническим матеріалам: в 3 т. Т.3 / Под редакцией Ю.В. Корицкого и др. – 3-е изд. Перераб. – Л.: Энергоатомиздат, 1988. – 728 с., ил.

3 Преображенский А.А., Бишард Е.Г. Магнитные натериа-лы и элементы. - 3-е изд., перераб. и доп. - М.: Высш. шк., 1986. - 352 с.