Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю icon

Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю




Скачати 142.8 Kb.
НазваЛабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю
Дата конвертації31.01.2013
Розмір142.8 Kb.
ТипЛабораторна робота

Міністерство освіти та науки України

НТУУ „КПІ”




Лабораторна робота № 23


ЕЛЕКТРИЧНІ КОЛА З ВЗАЄМНОЮ ІНДУКТИВНІСТЮ

Виконав:

студент 2-курсу

ФЕА гр. ЕТ-51


Прийняв:


Київ – 2006

Зміст роботи

Метою роботи передбачається:

1) ознайомлення з явищем взаємної індукції в електричних колах з послідовним та паралельним сполученням магнітно зв'язаних котушок;

2) розрахунок власних та еквівалентних активних і реактивних опорів індуктивне зв'язаних котушок;

3) визначення коефіцієнта взаємної індукції М;

4) ознайомлення з явищами "хибної ємності" та передачі енергії через магнітне поле між котушками;

5) побудова векторно-топографічних діаграм для різних схем з'єднання магнітно зв'язаних котушок.

^ Підготовка до роботи

При підготовці до роботи студенти мають скласти протокол звіту, ознайомитись з методичними вказівками, робочим завданням та відповісти на такі запитання:

1. В чому полягає сутність явища взаємоіндукції?

2. Що являє собою коефіцієнт взаємоіндукції М та від чого залежіть його величина?

3. Що являє собою коефіцієнт взаємоіндуктивного зв'язку k та в яких межах може змінюватись його величина?

4. Як дослідним шляхом визначити коефіцієнт взаємоіндукції М?

5. Які затискачі називають однойменними печатками і як їх визначити?

6. За яких умов в разі послідовного з'єднання взаємоіндуктивно зв'язаних котушок має місце ефект "хибної ємності" ?

7. За яких умов має місце передавання потужності між взаємоіндуктивно зв'язаними вітками?

Робоче завдання

1. Скласти електричне коло (рис.23.1) для визначення власних параметрів котушок та коефіцієнта взаємоіндукції М.

2. Вимірити величини, зазначені в таблиці 23.1.

Таблиця 23.1

Досліджувана котушка

Виміри

Розрахунки




U

І



UM

Р

R

X

Z



Перша




























Друга




























3. Скласти електричне коло з двох послідовно з'єднаних, взаємоіндуктивно зв'язаних котушок (рис. 23.2).



Рис.23.2



Рис.23.1


4. Виміряти величини, зазначені в таблиці 23.2, для узгодженого та неузгодженого з'єднання котушок.

Таблиця 23.2

Спосіб з'єднання котушок

Досліджувана котушка

Виміри

Розрахунки

U

І



P

R

X

Z

L

Послідовно узгоджено

Перша

























Друга

























Обидві

























Послідовно неузгоджено

Перша

























Друга

























Обидві

























5. Скласти електричне коло з двох паралельно з'єднаних взаємоіндуктивно зв'язаних котушок (рис.23.3).



Рис. 23.3

6. Вимірити величини, зазначені в таблиці 23.3, для узгодженого та неузгодженого з'єднання котушок.

7. Користуючись дослідними даними п. 1,2, розрахувати активний, реактивний та повний опори кожної з котушок, їхню індуктивність, та коефіцієнт взаємоіндукції.

8. Користуючись дослідними даними п. 4, 6, розрахувати активний, реактивний, повний опори і власну індуктивність кожної з котушок та всього кола для всіх дослідів. Результати розрахунків занести у відповідні таблиці.

Таблиця 23.3

Спосіб з'єднання котушок

Досліджувана котушка

Виміри

Розрахунки

U

І



Р

R

X

Z

L

Паралельно узгоджено

Перша

























Друга

























Обидві

























Паралельно неузгоджено

Перша

























Друга

























Обидві

























9. Побудувати векторно-топографічні діаграми для всіх досліджених способів з'єднання індуктивних котушок між собою.

10. Для обох дослідів п.6 додатково розрахувати:

а) активні потужності теплових втрат кожної котушки;

б) активну потужність, що передається від однієї котушки до іншої.

11. Виконавши всі розрахунки, порівняти власний й еквівалентний реактивний опори кожної котушки. Пояснити одержаний результат.

12 Зробити і записати у протоколі звіту висновки.

^ Завдання на навчально-дослідну роботу студентів

1. Проаналізувати явище "хибної ємності":

а) за яких умов реактивний опір однієї з двох послідовно з’єднаних, взаємоіндуктивно зв'язаних котушок має ємнісний характер?

б) якщо котушки з'єднані паралельно неузгоджено (), то при якому співвідношенні між , та М струм однієї з них випереджає за фазою прикладену напругу.

2. Проаналізувати явище передачі енергії між взаємоіндуктивно зв'язаними котушками та від котушки до джерела:

а) за яких умов передача енергії між котушками можлива?

б) якщо котушки з'єднані паралельно (узгоджено чи неузгоджено), яка з них віддає енергію іншій?

в) за яких умов активна потужність однієї з двох паралельно з'єднаних котушок від'ємна?

Методичні вказівки

Дві котушки вважаються взаємоіндуктивно зв'язаними, якщо має місце зчеплення магнітного поля однієї котушки з іншою.

Взаємна індуктивність двох котушок характеризує властивість створювати потокозчеплення взаємоіндукції однієї котушки, в разі протікання струму через іншу, і визначається так:

,

де к та р - номери котушок.

Взаємна індуктивність двох котушок залежить від кількості витків, форми і розмірів кожної з них, магнітних властивостей довкілля та взаємного розташування цих котушок.

Взаємну індуктивність можна визначити за результатами такого досліду. Підключають джерело енергії до однієї котушки, вимірюють її струм Ік та напругу на розімкнутих затискачах іншої котушки (), яка в такому випадку дорівнює ЕРС взаємоіндукції: . Якщо врахувати, що . Тобто є опором взаємоіндукції цих котушок, коефіцієнт взаємоіндукції визначається так:

.

В одних випадках магнітне поле струму кожної котушки підсилює магнітне поле струму іншої котушки, через що потокозчеплення кожної котушки стає більшим від потокозчеплення самоіндукції:

;

;

Такий зв'язок між котушками називають узгодженим. В інших випадках магнітне поле струму кожної котушки послабляється магнітним полем струму іншої котушки, а сумарне потокозчеплення кожної котушки стає меншим від потокозчеплення самоіндукції:





Такий зв'язок між котушками називають неузгодженим.

Для однозначності запису рівнянь, на схемі індуктивне зв'язаних котушок застосовують маркування їх однойменних початків, тобто початків, до яких однойменне спрямування електричних струмів відповідає додаванню магнітних потоків само- та взаємоіндукції (узгодженому зв'язку). Таке маркування на схемі, звичайно, позначають символом у вигляді зірки, трикутника, точки тощо.

Найпростіше з'єднання взаємоіндуктивно зв'язаних котушок - послідовне (рис. 23.4).



Рис. 23.4

Для двох взаємоіндуктивно зв'язаних котушок, з'єднаних послідовно й узгоджено, рівняння в диференціальній формі має вигляд:



а для кола синусоїдного струму в комплексній формі:



Повний опір кола в комплексній формі розраховується за формулою:



В разі послідовного з'єднання взаємоіндуктивно зв'язаних котушок, вся енергія, що надходить в коло кожної котушки, перетворюється на тепло в тій же котушці. Активна потужність теплових втрат котушки прямо пропорційна активному опору її обмотки:

; .

Це і є причиною того, що наявність взаємоіндукції ніяким чином не впливає на величину активного опору кожної котушки окремо та активного опору кола в цілому.

В той же час взаємоіндукція впливає на величину реактивного опору та еквівалентної індуктивності кожної котушки, які збільшуються, відповідно, на Хм та М:

; ;

; ;

Еквівалента індуктивність всього кола в такому випадку

.

Якщо в схемі рис. 23.4 затискачі однієї з котушок поміняти місцями, отримаємо послідовне неузгоджене з'єднання. Рівняння такого електричного кола, буде відрізнятись від попереднього від'ємним знаком перед складовими, що вміщують коефіцієнт взаємоіндукції М.

Якщо, еквівалентний реактивний опір другої котушки буде від'ємним, струм цієї котушки буде випереджати напругу на її затискачах. Таке явище називають ефектом «хибної ємності».

Еквівалентна індуктивність всього кола, в разі послідовного неузгодженого з'єднання котушок, розраховується за формулою: , і при цьому завжди .

Виконавши досліди з узгодженим та неузгодженим послідовним з'єднанням двох котушок, коефіцієнт взаємоіндукції визначають так:



Паралельне з'єднання взаємоіндуктивно зв'язаних котушок називають узгодженим, якщо однойменні початки котушок з'єднані між собою (рис. 23.5).



Рис. 23.5

Позначивши: запишемо систему рівнянь такого електричного кола



Розв'язавши ці рівняння, отримаємо:







Комплексні значення опорів першої, другої котушок та всього електричного кола відповідно дорівнюють:

;

;

;

З цього випливає, що в разі паралельного з'єднання взаємо-індуктивно зв'язаних котушок, їхній активний та реактивний опори не дорівнюють, відповідно, власному активному та реактивному опорам. Це легко зрозуміти, якщо побудувати векторно-топографічну діаграму електричного кола (рис. 23.6).

Діаграма побудована для котушок, параметри яких відрізняються, тому й струми, що через них проходять, мають різну величину й фазу.

Активна потужність рі, яку джерело енергії віддає першій котушці, дорівнює сумі активної потужності теплових втрат в цій котушці Рц та активної потужності Рш, що надходить в загальне магнітне поле через першу котушку:

, звідки .

Аналогічно для другої котушки , звідки .

Баланс активних потужностей для всього кола записують так:

або .

де Р - активна потужність, яка поступає від джерела енергії в обидві котушки. Врахувавши попереднє, отримаємо:

, звідки , або .

Як бачимо, вся активна потужність, що надходить в загальне магнітне поле через першу котушку має повернутися до другої (чи навпаки), якщо знак від'ємний, тобто в залежності від кута, який вираховується від вектора /, до вектора І2.

В прикладі, що розглядається:



В такому електричному колі еквівалентний активний опір першої котушки більший за власний активний опір:

.

Еквівалентний активний опір другої котушки менший за власний активний опір, оскільки, як зазначено вище, :



Завжди зменшується активний опір тієї котушки, струм якої відстає від струму іншої, взаємоіндуктивно зв'язаної з нею котушки.

Якщо , то . При цьому з балансу активних потужностей витікає, що , тобто в першу котушку від джерела приходить активна потужність, більша, ніж сумарна потужність теплових втрат в обох котушках, та її частина, яка дорівнює , перетворюється на теплоту, а інша () надходить в загальне магнітне поле, а з нього - в другу котушку, де одна частина ( перетворюється на теплоту, а залишок, що дорівнює (), повертається з кола другої котушки до джерела енергії. В такому випадку :

; .

Якщо в схемі рис.23.5 затискачі однієї з котушок поміняти місцями, отримаємо паралельне неузгоджене з'єднання. Рівняння такого електричного кола будуть відрізнятись від рівнянь, у випадку узгодженого з'єднання, від'ємним знаком перед складовими, що вмішують коефіцієнт взаємоіндукції М.

В разі паралельного неузгодженого з'єднання вааємоіндуктивно зв'язаних котушок, в одній з них можливе явище "хибної ємності".



Рис. 23.6

[2], 6.1-6.7, с.184-199; [3], 3.363.42, с.95-105;

[4], 8.1-8.3, с. 198-207.




Схожі:

Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю iconЛабораторна робота №2 Тема. Складання електричного кола та вимірювання сили струму в різних ділянках кола
Мета: навчитися складати електричне коло, вимірювати силу струму; порівняти сили струму в різних ділянках послідовного кола
Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю iconЛабораторна робота №3 Тема. Вимірювання напруги на різних ділянках електричного кола
Мета: навчитися складати електричне коло з використанням вольтметра і вимірювати напругу на різних ділянках кола
Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю iconЛабораторна робота №6 Тема. Дослідження електричного кола з послідовним з'єднанням провідників
Мета: закріпити уміння складати електричне коло, вимірювати силу струму і напругу, визначати опір ділянки кола; навчитися досліджувати...
Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю iconЛабораторна робота №3 дослідження кіл синусоїдального струму з послідовним та паралельним з’єднанням r, L, c елементів
Мета роботи: На практиці перевірити виконання другого закону Кірхгофа та побудувати векторні діаграми, визначити активний, реактивний...
Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю iconУрок 3 (10) Тема. Електричне коло. Складові електричного кола
Мета уроку. Ознайомити дітей з найпростішим електричним колом формувати вміння і навички збирати найпростіші електричні ланцюги,...
Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю iconЛабораторна робота №21 послідовне, паралельне та мішане сполучення елементів електричного кола синусоїдного струму
Навчитись визначати активні, реактивні та повні опори і провідності, кути зсуву фази
Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю iconЛабораторна робота №7 Тема. Дослідження електричного кола з паралельним з'єднанням провідників
Мета: закріпити уміння складати електричне коло, навчитися досліджувати закономірності паралельного з'єднання провідників
Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю iconЛабораторна робота №2 закони ома ікірхгофа. Потенціальна діаграма електричного кола мета роботи Виконанням цієї роботи передбачається
При підготовці до роботи студенти мають скласти протокол звіту, ознайомитись з методичними вказівками, робочим завданням та відповісти...
Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю iconЛабораторна робота №2 (Фізика, 10 клас, за новою програмо) Тема: Лабораторна робота №2. Вимірювання сил
...
Лабораторна робота №23 електричні кола з взаємною індуктивністю iconЛабораторна робота №2 Дослідження розгалуженого кола змінного струму. Мета роботи
Мета роботи: дослідити коло змінного струму при паралельному з’єднанні приймачів енергії з різним характером опору. Дослідити явище...
Додайте кнопку на своєму сайті:
Документи


База даних захищена авторським правом ©te.zavantag.com 2000-2017
При копіюванні матеріалу обов'язкове зазначення активного посилання відкритою для індексації.
звернутися до адміністрації
Документи