Лабораторные работы по электротехнике

Лабораторная работа № 5

Электрические цепи с взаимной индукцией

1. Назначение работы

В работе исследуются цепи, содержащие элементы со взаимной индукцией. Определяются активные и реактивные сопротивления индуктивных катушек и сопротивление их взаимной индукции, а также коэффициент трансформации трансформатора с линейной характеристикой. По опытным данным строятся векторные диаграммы токов и топографические диаграммы напряжений.

2. Описание установки

 Электрическая цепь, которая исследуется в данной работе (см. рис.1), собирается на макетной панели NI ELVIS и состоит из измерительного резистора Rи и воздушного трансформатора. Ее выводы мы подключаются к встроенному источнику напряжения установки Function Output и к заземлению монтажной панели Ground.

Рис. 1

3. Подготовка к работе

1. Качественно (без расчета) построить топографическую диаграмму напряжений цепи, состоящей из последователь» соединенных индуктивной катушки (с активным сопротивлением ) и резистора . Записать уравнения для определения и  по измеренным ,  и показаниям фазометра при известном .

2. Начертить схему последовательного включения катушек (1-2 и 4-5), и измерительного сопротивления  к генератору, дополнить ее приборами вольтметром и фазометром для измерения напряжения генератора, тока в цепи и угла сдвига по фазе между и . Записать уравнения для определения по измеренным , и показанию фазометра. Написать уравнения Кирхгофа для такой цепи и построить для нее качественно топографические диаграммы для случаев согласного и встречного включения катушек.

3. Показать, что сопротивление взаимной индуктивности двух катушек можно определить по двум значениям реактивного сопротивления цепи, содержащей последовательно соединенные катушки, при их согласном () и встречном () включениях по формуле

  .

4. Написать уравнения Кирхгофа для трансформатора с нагрузкой (схема показана на рис. 4).

5. Написать уравнения и построить качественно топографическую диаграмму для трансформатора (рис. 4).

4. Рабочее задание

1. Определить параметры обмоток, сопротивление взаимной индуктивности, входное сопротивление и коэффициент трансформации трансформатора с линейной характеристикой (рис. 1).

Для определения параметров трансформатора необходимо измерить напряжения на источнике питания, измерительном резисторе и на вторичной обмотке воздушного трансформатора. Для этих целей точки 1 и 0 мы подключаем к аналоговым каналам ACH0(+) и ACH0(-), точки 2 и 0 к ACH1(+) и ACH1(‑), а точки 4 и 5 к ACH2(+) и ACH2(-) соответственно.

  Измерение сигнала с выбранных нами каналов осуществляется с помощью виртуального прибора, основой которого является функция DAQmx Read, расположенная в палитре DAQmx-Data Acquisition. Частота дискретизации сигнала, измеряемая физическая величина, тип, которым представляются полученные данные, а также указание, с каких каналов производится сбор данных, заданы в предварительно настроенной функции TASK (путь: functions – NI Measurements - TASK). Для регулирования максимального значения выходного сигнала встроенного источника питания используют ручку “Amplitude”.

  Для получения информации о действующих значениях напряжений исследуемых узлов анализируемой нами цепи используется функция Extract Single Tone Information. Эта информация представляется в виде одномерного массива, который с помощью функции Index Array разбивается на отдельные элементы (Uг, Ur, U1). После этого по известным действующим значениям измеряемых напряжений проводится аналитический расчет параметров обмотки 1-2 воздушного трансформатора (R12, X12), его коэффициента трансформации Kт и сопротивления взаимной индуктивности Xм (см. рис. 2).

Рис. 2

Для определения параметров обмотки 4-5 R45, X45 необходимо поменять обмотки местами. Рассчитанные значения сопротивления вазаимоиндукции Xм и коэффициента связи Kт сравнить со значениями в предыдущем опыте, сделать соответствующие выводы.

2. Построить векторную диаграмму нагруженного трансформатора с линейной характеристикой.

С этой целью нужно подключить к вторичной обмотке трансформатора рензистивную нагрузку (рис. 3). Определить токи в обмотках трансформатора (по измеренным значениям напряжений Ur и Urн). Измерить комплексные значения напряжений на генераторе и нагрузке.

Рис. 3

Построить векторную диаграмму воздушного трансформатора. Сопоставить полученные из диаграмм напряжения на генераторе и нагрузке, а также фазовый сдвиг между ними, с измеренными. Определить входное сопротивление трансформатора. По входным сопротивлениям, полученным в п. 1 и 2, определить вносимое сопротивление.

3. Определить одноименные выводы индуктивно связанных катушек.

С этой целью поочередно собрать цепи рис. 4, а, б.

Рис.4

По результатам измерений определить одноименные выводы индуктивно связанных катушек.

5. Вопросы для самоподготовки

1. Что такое взаимная индуктивность M?

2. Что понимается под коэффициентом магнитной свя­зи k?

3. Для чего делается разметка индуктивно связанных ка­тушек и какой способ разметки одноименных зажимов ис­пользуется в работе?

4. Чем отличается согласное включение катушек от встреч­ного? При каком из них ток в последовательно соединенных катушках больше и почему?

5. Что такое вностмое сопротивление трансформатора?

Лабораторные работы по электротехнике и физике