Теоретические основы электротехники
Процессы в электрических цепях с сосредоточенными параметрами. Четырехполюсники при переменных токах. Расчет электрических полей. Теорема Гаусса и ее применение. Расчет симметричных магнитных полей. Моделирование плоскопараллельного магнитного поля.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | методичка |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 16.10.2012 |
| Размер файла | 4,4 M |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Рисунок 12.2
12.1 Моделирование плоскопараллельного электростатического поля
Задание
Построить картину силовых линий моделируемого электростатического поля, определить его напряжённость в отдельных точках.
Порядок выполнения работы
· Установите на наборную панель один из вариантов конфигурации проводящего листа (планшет 1, 2, 3 или 4) и подключите питание от генератора постоянных напряжений и мультиметр в режиме вольтметра, как показано на рис. 1.1.
· Приготовьте рисунок расположения электродов с координатной сеткой (см. приложение 1).
· Включите выключатель сети блока генераторов напряжений (БГН) и убедитесь, что один из электродов имеет потенциал, равный нулю, а другой - потенциал, равный напряжению источника питания.
· Выберите такое напряжение питания U = 10…15 В и шаг изменения потенциала (например 1; 2 или 2,5 В), чтобы на картине поля получилось 7…10 эквипотенциальных линий.
· Перемещая зонд от точки нулевого потенциала по оси симметрии к другому электроду, найдите точки с потенциалами , 2, 3 … Найденные точки отмечайте на приготовленном рисунке с координатной сеткой.
· Перемещая зонд из точки с потенциалом вокруг электрода (слегка приближаясь или удаляясь от него), находите точки равного потенциала и отмечайте их на рисунке. Точки равного потенциала соедините плавной кривой. Аналогично постройте другие эквипотенциальные линии.
Примечание: В каждом варианте проводящего листа имеются одна или две оси симметрии, поэтому можно ограничиться исследованием половины или четверти проводящей области листа.
· Пользуясь известными правилами графического построения картины поля, по эквипотенциальным линиям электростатического поля постройте силовые линии напряжённости поля.
· Вычислите напряженность электрического поля в двух - трёх точках проводящего листа и покажите направление вектора напряженности в этих точках на рисунке ().
12.2 Моделирование плоскопараллельного магнитного поля
Задание
Построить картину силовых линий исследуемого магнитного поля, определить его магнитную индукцию в отдельных точках, приняв какое-нибудь конкретное значение намагничивающего тока.
Порядок выполнения работы
· Установите на наборную панель один из вариантов конфигурации проводящего листа (планшет 1, 3, 4 или 5) и подключите питание от генератора постоянных напряжений и мультиметр в режиме вольтметра, как показано на рис. 12.1.
· Приготовьте рисунок расположения электродов с координатной сеткой.
· Включите выключатель «Сеть» блока генераторов напряжений (БГН) и убедитесь, что один из электродов имеет потенциал, равный нулю, а другой - потенциал, равный напряжению источника питания.
· Выберите такое напряжение питания U = 10…15 В и шаг изменения потенциала (например 1; 2 или 2,5 В), чтобы на картине поля получилось 7…10 эквипотенциальных линий.
· Перемещая зонд от точки нулевого потенциала по оси симметрии к другому электроду, найдите точки с потенциалами , 2, 3 … Найденные точки отмечайте на приготовленном рисунке с координатной сеткой.
· Перемещая зонд из точки с потенциалом вокруг электрода (слегка приближаясь или удаляясь от него), находите точки равного потенциала и отмечайте их на рисунке. Точки равного потенциала соедините плавной кривой. Аналогично постройте другие эквипотенциальные линии.
Примечание: В каждом варианте проводящего листа имеются одна или две оси симметрии, поэтому можно ограничиться исследованием половины или четверти проводящей области листа.
Считая снятые эквипотенциальные линии электрического поля магнитными силовыми линиями, постройте линии равного магнитного потенциала, пользуясь известными правилами графического построения картины поля. Примите конкретное значение тока в шинах или МДС катушек и укажите для каждой эквипотенщиальной линии значение магнитного потенциала.
· Вычислите магнитную индукцию в двух - трёх точках поля и покажите направление вектора магнитной индукции в этих точках на рисунке ().
Контрольные вопросы
1. Для чего предназначены планшеты 1, 2, 3, 4?
2. Какими уравнениями описывается электростатическое поле?
Лабораторная работа 13
Тема: Исследование постоянного магнитного поля на оси катушек с помощью датчика Холла
Цель: Измерить магнитную индукцию в различных точках на оси цилиндрической катушки и построить график её изменения вдоль оси. Проверить результаты измерения расчётом
13.1 Общие сведения
На основе закона Био-Савара-Лапласа можно получить формулу для определения напряжённости магнитного поля на оси кругового витка радиуса R, по которому протекает ток i, (рис. 13.1):
Пользуясь этим выражением выведена также формула для определения напряжённости поля на оси однослойной цилиндрической катушки, имеющей радиус витка R и длину l (рис. 13.2):
.
Эти формулы с некоторой погрешностью пригодны и для вычисления напряжённости на оси реальных многослойных катушек, если их толщина мала по сравнению с радиусом.
С учётом того, что магнитная индукция В = м0H и число витков катушки равно w, получим:
· для кольцевой катушки - ;
· для цилиндрической катушки - .
В наборе миниблоков этого комплекта имеется миниблок с цилиндрической катушкой и миниблок с двумя одинаковыми соосными кольцевыми катушками, одна из которых может перемещаться относительно другой. Параметры катушек указаны на этикетках миниблоков.
Для измерения магнитной индукции используется датчик Холла с усилителем (миниблок «Тесламетр»). Для измерения магнитной индукции необходимо подвести к «Тесламетру» питание +15 В, к его выходу подключить вольтметр (предел измерения 200 мВ), ручкой остановки нуля добиться напряжения на выходе, близкого к нулю, и ввести зонд с датчиком Холла внутрь катушки на нужное расстояние от её края. Показание вольтметра на выходе усилителя пропорционально магнитной индукции.
Чувствительность системы «датчик - усилитель» указана на этикетке миниблока. Если требуется изменить или уточнить чувствительность, то необходимо открыть крышку миниблока, ввести зонд в магнитное поле с известной магнитной индукцией и подстроечным резистором установить необходимое напряжение на выходе усилителя. Непосредственно перед последней операцией обязательно проверить установку нуля!
13.2.1 Исследование магнитного поля на оси цилиндрической катушки
Задание
Измерить магнитную индукцию в различных точках на оси цилиндрической катушки и построить график её изменения вдоль оси. Проверить результаты измерения расчётом.
Порядок выполнения работы
· Установите исследуемую катушку на наборную панель, как показано на рис. 13.3 и подведите к ней питание от регулируемого источника постоянного напряжения 0…15 В блока генераторов напряжений (БГН) через амперметр.
· Установите на наборную панель миниблок для измерения магнитной индукции («Тесламетр») и подключите к нему питание +15 В, соединив два нерегулируемых источника постоянного напряжения БГН последовательно (рис. 13.3).
· Разомкните цепь питания катушки (выньте из гнезда наборной панели штырёк провода от амперметра) и включите БГН.
· При нулевом токе в катушке установите как можно точнее нулевое показание вольтметра на выходе тесламетра ручкой установки нуля (обычно удаётся получить Uвых<20 мВ).
· Замкните цепь питания катушки и установите максимально допустимый ток 0,2 А регулятором напряжения источника. При меньшем токе погрешность измерения магнитной индукции возрастает из-за слишком слабого магнитного поля.
· Перемещая зонд с датчиком Холла вдоль оси катушки с шагом 5 мм, запишите координаты и соответствующие им значения магнитной индукции в табл. 13.1. Координату х = 0 удобно принять в центре катушки. Значение магнитной индукции В [мTл] = 10UВЫХ [B]. В ходе эксперимента время от времени отключайте питание катушки и корректируйте установку нуля тесламетра.
· Постройте график изменения магнитной индукции вдоль оси катушки В(х). Предварительно выберите удобные масштабы и нанесите шкалы по осям.
· Вычислите магнитную индукцию в некоторых характерных точках (в точке симметрии, на краю катушки и т. п.) по формуле для однослойной цилиндрической катушки, приведённой в разделе «Общие сведния».
· Нанесите расчётные точки на экспериментальном графике, либо сделайте расчёт всего графика на компьютере, используя, например, программу MathCAD. Тогда удобнее экспериментальные точки нанести на расчётном графике.
Таблица 13.1
|
х, мм |
-25 |
-20 |
-15 |
-10 |
-5 |
0 |
5 |
10 |
15 |
20 |
25 |
|
|
U, B |
||||||||||||
|
B, мТл |
13.2.2 Исследование магнитного поля на оси кольцевых катушек
Задание
Измерить магнитную индукцию в различных точках на оси кольцевой катушки, или двух катушек, смещённых по оси относительно друг друга, при их согласном или встречном включении. Построить график изменения магнитной индукции вдоль оси. Проверить результаты измерения расчётом.
Порядок выполнения работы
· Установите миниблок «Кольцевые катушки» на наборную панель (рис. 13.4). Если Вы исследуете поле двух катушек, то соедините катушки между собой согласно или встречно и установите поводком заданное расстояние между катушками. Подведите к катушкам питание от регулируемого источника постоянного напряжения 0…15 В БГН через амперметр.
· Установите на наборную панель миниблок для измерения магнитной индукции («Тесламетр») и подведите к нему питание +15 В, соединив два нерегулируемых источника постоянного напряжения БГН последовательно.
· Разомкните цепь питания катушек (выньте из гнезда наборной панели штырёк провода от амперметра) и включите блок генераторов.
· При разомкнутой цепи питания катушек установите как можно точнее нулевое показание вольтметра на выходе тесламетра ручкой установки нуля (обычно удаётся получить Uвых < 20 мВ).
· Замкните цепь питания катушек и установите максимально допустимый ток 0,2 А регулятором напряжения источника. При меньшем токе погрешность измерения магнитной индукции возрастает из-за слишком слабого магнитного поля.
· Перемещая зонд с датчиком Холла вдоль оси катушек с шагом 2,5 мм, запишите координаты и соответствующие им значения магнитной индукции в табл. 13.2. Кооррдинату х = 0 удобно принять в центре неподвижной кольцевой катушки. Значение магнитной индукции В [мTл] = 10UВЫХ [B]. В ходе эксперимента время от времени отключайте питание катушки и корректируйте установку нуля тесламетра.
· Постройте график изменения магнитной индукции вдоль оси катушек В(х). Предварительно выберите удобные масштабы и нанесите шкалы по осям.
· Вычислите магнитную индукцию в некоторых характерных точках (в точке симметрии, в центре одной из катушек и т. п.) по формуле для тонкой кольцевой катушки, приведённой в разделе «Общие сведения».
· Нанесите расчётные точки на экспериментальном графике либо сделайте расчёт всего графика на компьютере, используя, например, программу MathCAD. Тогда удобнее экспериментальные точки нанести на расчётном графике.
Таблица 13.2
|
х, мм |
-10 |
-7,5 |
-5 |
-2,5 |
0 |
2,5 |
5 |
7,5 |
10 |
12,5 |
15 |
|
|
U, B |
||||||||||||
|
B, мТл |
Контрольные вопросы
1. Сформулируйте закон Био-Савара-Лапласа.
2. Что используется для измерения магнитной индукции?
Лабораторная работа 14
Тема: Исследование электромагнитных сил в постоянном магнитном поле
Цель: Снять экспериментально зависимость силы притяжения двух частей разъёмного сердечника трансформатора от тока в катушке. Проверить эксперимент расчётом
14.1 Общие сведения
В данной работе измеряется сила притяжения двух подковообразных частей разъёмного сердечника трансформатора, когда по его обмоткам, включённым последовательно согласно, протекает постоянный ток.
Эта сила может быть определена по плотности энергии магнитного поля в зазоре между сердечниками:
,
где: Fрасч - расчётная сила в Ньютонах; множитель 2 учитывает две силы, приложенные к двум концам подвижного сердечника; S = 16х13·10-6 = 208·10-6 м2 - поперечное сечение сердечника; = 12.56·10-7 Гн/м - магнитная проницаемость воздуха; Н - напряжённость магнитного поля в зазоре; w = 1800 суммарное число витков двух катушек, соединённых последовательно; I - ток в катушках; 2д - двойной зазор между подковами сердечника (его величина указана на этикетке миниблока).
Принципиальная схема установки показана на рис. 14.1. При включении выключателя по катушкам трансформатора начинает протекать постоянный ток, и две половины разъёмного сердечника притягиваются друг к другу. При отключении цепи сила притяжения исчезает.
Полупроводниковый диод в схеме служит для исключения перенапряжений в схеме при отключении катушки.
Для измерения силы в зазоры между двумя частями сердечника встроены датчики силы. Принцип действия датчика основан на пьезоэлектрическом эффекте. При воздействии силы на его выводах образуются противоположные заряды, пропорциональные силе. Для измерения этого заряда к выходу датчика подключен интегрирующий усилитель. Он интегрирует импульс тока во входной цепи интегратора в процессе изменения силы, воздействующей на датчик. Таким образом, напряжение на выходе интегратора пропорционально заряду на электродах датчика силы. Для установки нулевого напряжения на выходе интегратора служит выключатель «Сброс». После установки нуля переключатель нужно вернуть в исходное положение, и интегратор готов к работе.
Следует иметь в виду, что даже при отсутствии входного сигнала, напряжение на выходе интегратора медленно меняется вследствие дрейфа нуля и интегрирования различных утечек схемы. Поэтому установку нуля необходимо выполнять непосредственно перед каждым измерением, а отсчёт выходного напряжения необходимо выполнять в течение двух - трёх секунд сразу после интегрирования.
Для калибровки системы «датчик - интегратор» используется вес самого подвижного сердечника. Он указан на этикетке сердечника.
14.2 Экспериментальная часть
Задание
Снять экспериментально зависимость силы притяжения двух частей разъёмного сердечника трансформатора от тока в катушке. Проверить эксперимент расчётом.
Порядок выполнения работы
· Соберите установку как показано на рис. 14.2. Переключатель интегратора установите на «Сброс», выключатель на входе цепи выключите (положение «вверх»).
Включите блок генераторов напряжений (БГН), убедитесь, что на выходе интегратора напряжение близко к нулю (< 10 мВ).
· Установите предел измерения вольтметра - 2В постоянного напряжения, переведите переключатель интегратора в нижнее положение и тотчас же выньте верхнюю половину сердечника из катушек. Сразу после этого сделайте отсчёт напряжения на выходе интегратора.
· Переключите интегратор в положение «Сброс», убедитесь, что на его выходе установилось нулевое напряжение, верните переключатель в нижнее положение и тот час же вставьте сердечник в катушки, не нажимая на него и не бросая с большой высоты. Снова сделайте отсчёт выходного напряжения. Оно не должно сильно отличаться от напряжения в предыдущем опыте, но знак напряжения меняется на противоположный.
· Для калибровки системы «датчик - интегратор» проделайте предыдущие два опыта 5 раз, записывая результаты отсчёта напряжения в таблицу 7.1. без учёта знака.
Таблица 14.1
|
Uвых, В при снятии сердечника |
||||||
|
Uвых, В при установке сердечника |
· Отбросьте сильно отличающиеся значения напряжения, а по остальным вычислите среднее значение и постоянную системы «датчик - интегратор»:
Uср = ………….В, Uср1 = ……………………г/B.
· Включите выключатель на входе цепи и установите начальное значение тока в катушке 50 мА, проделайте «Сброс» интегратора, и тотчас выключите ток в катушке. Запомните или запишите показание вольтметра. Проделайте этот опыт несколько раз при включении и выключении тока и запишите в табл. 14.2 среднее или наиболее часто повторяющееся показание вольтметра без учёта знака.
· Повторите этот опыт при других значениях тока, указанных в табл. 14.2.
· По опытным данным определите силу в граммах по формуле: Fэксп = kUвых и занесите результаты в табл. 14.2.
· Определите расчётную силу по формуле, приведённой в разделе «Общие сведения», переведите её в граммы и также занесите в табл. 14.2. На рисунке 14.3 постройте графики Fрасч(I) и Fэксп(I), сравните их и сделайте выводы.
Таблица 14.2
|
I, мА |
Uвых, В |
Fэксп, г |
Fрасч, г |
|
|
50 |
||||
|
100 |
||||
|
150 |
||||
|
200 |
Контрольные вопросы
1. В каких единицах измеряется напряженность магнитного поля?
2. Для чего служит полупроводниковый диод в схеме на рисунке 14.1?
Лабораторная работа 15
Тема: Исследование поверхностного эффекта и эффекта близости
Цель: Исследовать экспериментально изменение действующего значения и начальной фазы плотности тока по ширине медного ленточного проводника. Исследовать экспериментально изменение действующего значения и начальной фазы плотности тока по ширине медного ленточного проводника, помещённого в ферромагнитный экран (модель паза электрической машины). Проверить результаты эксперимента расчётом
15.1 Общие сведения
Переменный ток распределяется по сечению массивных проводников (шин) неравномерно вследствие поверхностного эффекта и эффекта близости. Наибольшая плотность тока наблюдается на поверхности шины и уменьшается к центру поперечного сечения (рис. 15.1.а). В двух близко расположенных шинах с противоположным направлением токов, кроме того, происходит вытеснение токов на поверхности шин обращённые друг к другу (рис. 15.1б). При одинаковых направлениях токов в двух таких шинах вытеснение токов происходит на внешние поверхности.
Рисунок 15.1
В проводнике, уложенном в ферромагнитный паз ротора или статора электрической машины происходит вытеснение тока на открытую поверхность проводника (рис. 15.1в).
Неравномерное распределение тока по сечению проводников приводит к увеличению их активных сопротивлений, что необходимо учитывать при проектировании электрических машин и токопроводов.
Наиболее простым для математического описания является проводник, уложенный в ферромагнитный паз. При достаточной высоте паза можно пренебречь отражённой электромагнитной волной от его дна. Тогда распределение действующего значения плотности тока по высоте паза (вдоль оси z ) может быть описано следующей формулой:
,
где - коэффициент затухания и коэффициент фазы;
- действующее значение плотности тока на открытой поверхности проводника;
В этих формулах:
I - действующее значение тока в проводнике;
щ - круговая частота переменного тока;
м и г магнитная проницаемость и проводимость проводника;
а = 2 мм - ширина паза;
b = 0,35 мм - толщина проводящей шины.
Согласно этим формулам, плотность тока уменьшается вдоль оси z по экспоненциальному закону (множитель ). Начальная фаза плотности тока на поверхности проводник равна 45О и с увеличением координаты z изменяется по фазе в сторону отставания (ц = 45О - kz).
Глубина, на которой плотность тока в е = 2,718 раз меньше, чем на поверхности проводника, называется глубиной проникновения электромагнитной волны у = 1/k. Глубина проникновения уменьшается с увеличением частоты переменного тока, магнитной проницаемости и проводимости проводника.
В данной работе исследуется распределение тока в ленточных медных проводниках толщиной 0,35 мм и шириной 25 мм при их различном взаимном расположении (рис. 15.2).
Рис. 15.2
Первый вариант расположения проводников (см. рис. 15.2а) позволяет экспериментально исследовать распределение тока вдоль ширины (ось y) двух близко расположенных прямоугольных шин, показанных на рис. 15.1б.
Во втором случае (рис. 15.2б) опыт может быть выполнен при двух значениях расстояния между шинами: d = 63 мм и d =3 мм.
При большом расстоянии между ленточными проводниками, распределение тока в них аналогично распределению тока в одном из горизонтальных слоёв прямоугольной шины, показанной на рис. 15.1а (вдоль оси х). Эффект близости сказывается здесь незначительно.
При малом расстоянии между ленточными проводниками их можно рассматривать как один из горизонтальных слоёв двух близко расположенных шин, показанных на рис. 15.1б. Вдоль горизонтальной оси (оси х) здесь сильно проявляется эффект близости.
В третьем случае (рис. 15.2в.) медная лента охвачена с трёх сторон ферромагнитным экраном и распределение тока в ней примерно такое же, как в проводнике, уложенном в паз электрической машины (рис. 15.1в).
Проводящие ленты для каждого из описанных четырёх вариантов смонтированы на стеклотекстолитовых платах и образуют замкнутые контуры. Электрический ток к ним подводится через понижающий трансформатор, вторичной обмоткой которого является сам контур из проводящих лент и соединительных шин (один виток).
Лабораторная установка с одним из вариантов проводящего контура схематично показана на рис. 15.3.
Для её сборки необходимо сначала установить в левой верхней части наборной панели катушку трансформатора 170 витков вместе с нижней U-образной частью разъёмного сердечника, затем надеть на катушку один из исследуемых проводящих контуров и закрепить его над наборной панелью, пользуясь соединительными вилками со средним выводом, как подставками. Подставки необходимы для увеличения расстояния между исследуемыми проводниками и металлической поверхностью наборной панели. Иначе наводимые в ней вихревые токи существенно изменят распределение тока в исследуемых проводниках.
После этого нужно вставить в катушку вторую половинку разъёмного сердечника и скрепить две половинки сердечника резиновым кольцом.
Для измерения падения напряжения вдоль нити тока в проводящей ленте служит датчик напряжения, также изображённый на рис. 15.3. Он представляет собой пластинку из стеклотекстолита, в которую вмонтированы два миниатюрных контакта. Провода от контактов проходят вдоль нити тока в исследуемом проводнике до середины пластинки, затем они поворачивают на 90о и проходят вместе сквозь ручку к усилителю напряжения. При прижатии контактов к исследуемой поверхности, соединительные провода датчика оказываются расположенными почти вплотную к этой поверхности. В результате, магнитный поток, сцеплённый с контуром измерительной цепи, оказывается близким к нулю и на вход усилителя подводится активная составляющая напряжения, пропорциональная плотности тока:
,
где
U - напряжение между контактами датчика,
Е - тангенсиальная составляющая напряжённости электрического поля,
l - расстояние между контактами датчика, равное 0,1 м.
- удельная проводимость медного проводника.
Для измерения тока в исследуемых проводниках используется трансформатор тока с коэффициентом трансформации 100. Он имеет один первичный виток и расположен непосредственно на соединительной шине (рис. 15.3).
15.2 Экспериментальная часть
15.2.1 Исследование распределения тока в массивных проводниках
Задание
Исследовать экспериментально изменение действующего значения и начальной фазы плотности тока по ширине медного ленточного проводника в следующих случаях:
1. Две ленты с противоположно направленным током расположены параллельно в двух плоскостях одна над другой.
2. Две ленты с противоположно направленным током расположены параллельно в одной плоскости при расстоянии между лентами 63 мм.
3. То же при расстоянии между лентами 3 мм.
Порядок выполнения работы
· Соберите на наборной панели трансформатор с одним из проводящих контуров и установите на ней миниблок - усилитель датчика плотности тока (рис. 15.3). Усилитель расположите в правой части наборной панели как можно дальше от исследуемого контура.
· Соберите электрическую цепь согласно принципиальной схеме, изображённой на рис. 15.4. Амперметр и вольтметр, показанные на схеме - виртуальные приборы. Конденсатор служит для компенсации индуктивного сопротивления контура и увеличения тока в нём.
Примечание: Виртуальные приборы можно заменить мультиметрами, но тогда Вы не сможете измерять начальную фазу плотности тока. Начальную фазу в этом случае можно измерять электронным осциллографом с помощью фигуры Лиссажу.
· Включите виртуальные приборы для измерения тока напряжения и сдвига фаз между ними.
· Установите на источнике переменного тока синусоидальное напряжение частотой 2000…2500 Гц максимальной амплитуды и подберите ёмкость С, при которой ток в контуре наибольший. Для надёжных измерений он должен быть не меньше 25 А. Не забывайте, что ток в контуре в 100 раз больше, чем во вторичной обмотке трансформатора тока. При необходимости, можно увеличить ток подстройкой частоты приложенного напряжения ближе к резонансной. При этом следите за индикатором перегрузки источника.
· Слегка прижимая датчик его контактами к поверхности ленточного проводника и перемещая его по ширине ленты, убедитесь, что изменяются выходное напряжение усилителя и разность фаз. Если прибор показывает разность фаз больше 90О, поменяйте местами зажимы амперметра на коннекторе или зажимы трансформатора тока.
· Измерьте выходное напряжение и разность фаз, перемещая датчик от одного края ленты до другого с шагом 5 мм и запишите результаты в табл. 15.1. Координата х в таблице соответствует расстоянию от края ленточного проводника до контактов датчика.
· Рассчитайте плотность тока при каждом значении координаты. С учётом коэффициента усиления напряжения усилителя:
.
Плотность тока получится в А/мм2, если в этой формуле г - в м/(Ом мм2), Uвых - в Вольтах, и l = 0,1 м - расстояние между контактами датчика.
· Замените установленный контур на другой, затем на третий и повторите все опыты и расчёты.
· На рис. 15.5 постройте график изменения плотности тока и его начальной фазы для исследованных случаев.
Таблица 15.1
Коорди-натахмм |
||||||||||
|
d = 63 мм |
d = 3 мм |
|||||||||
Uвых,В |
ц, град. |
д, А/мм2 |
Uвых,В |
ц, град. |
д, А/мм2 |
Uвых,В |
ц, град. |
, А/мм2 |
||
|
0 |
||||||||||
|
5 |
||||||||||
|
10 |
||||||||||
|
15 |
||||||||||
|
20 |
||||||||||
|
25 |
15.2.2 Исследование распределения тока по сечению проводника
Задание
Исследовать экспериментально изменение действующего значения и начальной фазы плотности тока по ширине медного ленточного проводника, помещённого в ферромагнитный экран (модель паза электрической машины). Проверить результаты эксперимента расчётом
Порядок выполнения работы
· Соберите на наборной панели трансформатор с моделью паза электрической машины.
· Соберите электрическую цепь согласно схеме, изображённой на рис. 15.6. Усилитель расположите в правой части наборной панели как можно дальше от исследуемого контура. Амперметр и вольтметр, показанные на схеме - виртуальные приборы.
Примечание: Виртуальные приборы можно заменить мультиметрами, но тогда Вы не сможете измерять начальную фазу плотности тока. Начальную фазу в этом случае можно измерять электронным осциллографом с помощью фигуры Лиссажу.
· Включите виртуальные приборы для измерения тока, напряжения и сдвига фаз между ними.
· Установите на источнике переменного тока синусоидальное напряжение частотой 250 Гц максимальной амплитуды
· Слегка прижимая датчик его контактами к поверхности ленточного проводника и вводя его внутрь «паза», убедитесь, что изменяются выходное напряжение усилителя и разность фаз. Если прибор показывает разность фаз больше 90О, поменяйте местами зажимы амперметра на коннекторе или зажимы трансформатора тока.
· Измерьте выходное напряжение и разность фаз, перемещая датчик от открытого края «паза» до максимальной глубины с шагом 5 мм и запишите результаты в табл. 15.2. Координата z в таблице соответствует расстоянию от коткрытой стороны паза до контактов датчика.
· Рассчитайте плотность тока при каждом значении координаты. С учётом коэффициента усиления напряжения усилителя:
.
Плотность тока получится в А/мм2, если в этой формуле г - в м/(Ом мм2), Uвых - в вольтах, и l = 0,1 м - расстояние между контактами датчика.
· Замените установленный контур на другой контур, затем на третий и повторите все опыты и расчёты.
· На рис. 15.5 постройте график изменения плотности тока и его начальной фазы для исследованных случаев.
· Приняв а = 2 мм. b = 0,35 мм и , вычислите:
= ……………..1/мм - коэффициент затухания и коэффициент фазы;
= …………….А/мм2 - действующее значение плотности тока на открытой поверхности проводника;
· Поделайте расчёт изменения плотности тока и его начальной фазы от координаты по формулам:
и .
Результаты запишите в ту же табл. 15.2, а на рис. 15.6 постройте расчётные графики для сравнения с экспериментальными.
Таблица 15.2
|
Экспериментальные данные: f = ……….Гц; I =…………..A |
Расчётные данные: k =………1/мм; д? ?………А/мм2. |
||||||
|
z, мм |
Uвых,В |
ц, град. |
д, А/мм2 |
kz, 1/мм |
д, А/мм2 |
ц, град. |
|
|
0 |
|||||||
|
5 |
|||||||
|
10 |
|||||||
|
15 |
|||||||
|
20 |
Рис 15.6
Контрольные вопросы
1. Что такое поверхностный эффект?
2. Что такое эффект близости?
Планы Практических занятий
Практическое занятие №1
Тема: «Расчет переходных процессов цепей постоянного тока классическим методом.».
Цель: Изучить методы расчета и анализа переходных процессов цепей постоянного тока классическим методом.
План:
1 Порядок расчета классическим методом
2 Определение принужденной и свободной составляющих
3 Построение графиков переходного процесса
Контрольные вопросы:
1. Какой процесс называют переходным?
2. Что такое постоянная времени?
3. Чему равно значение принужденной составляющей?
4. Какие законы применяют к расчету переходных процессов цепей постоянного тока?
Литература:
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. -М.: Гардарики, 1999.-638 с.
2. Сборник задач по теоретическим основам электротехники/ Л.А. Бессонов, И.Г. Демидова, М.Е.Заруди и др. . -М. Высш.шк.,2003.-528 с.
3. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники. Под ред. П.А. Ионкина.- М.: Энергоиздат, 1982-768 с.
Практическое занятие №2
Тема: «Расчет переходных процессов цепей постоянного и переменного тока операторным методом.».
Цель: Изучить операторный метод расчета и построения переходных процессов.
План:
1 Использование преобразований Лапласа для операторного метода
2 Изображения временных функций операторными
3 Расчет переходных процессов цепей постоянного тока операторным методом
Контрольные вопросы:
1. Что называют оригиналом?
2. Что называют изображением?
3. Какие преимущества операторного метода в сравнении с классическим?
Литература:
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. -М.: Гардарики, 1999.-638 с.
2. Сборник задач по теоретическим основам электротехники/ Л.А. Бессонов, И.Г. Демидова, М.Е.Заруди и др. . -М. Высш.шк.,2003.-528 с.
3. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники. Под ред. П.А. Ионкина.- М.: Энергоиздат, 1982-768 с.
Практическое занятие №3
Тема: «Определение коэффициентов четырехполюсников и параметров их схем замещения и параметров фильтров.».
Цель: Изучить методы определения коэффициентов четырехполюсника.
План:
1 Существующие методы расчета
2 Определение коэффициентов четырехполюсника по опытам холостого хода и короткого замыкания
3 Определение коэффициентов четырехполюсника по уравнениям Кирхгофа
Контрольные вопросы:
1. От чего зависит взаимная индуктивность?
2. Какое включение индуктивностей называют согласным и встречным?
3. Что такое сносимое сопротивление?
Литература:
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. -М.: Гардарики, 1999.-638 с.
2. Сборник задач по теоретическим основам электротехники/ Л.А. Бессонов, И.Г. Демидова, М.Е.Заруди и др. . -М. Высш.шк.,2003.-528 с.
3. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники. Под ред. П.А. Ионкина.- М.: Энергоиздат, 1982-768 с.
Практическое занятие №4
Тема: «Расчет нелинейных цепей».
Цель: Изучить методы расчета и анализа нелинейных цепей постоянного, переменного тока, магнитных цепей и научиться использовать существующие методы расчета
План:
1 Законы, применяемые к расчету нелинейных цепей.
2 Графический метод расчета
3 Аналитический метод расчета
Контрольные вопросы:
1. Какую цепь называют нелинейной?
2. В чем заключается особенность расчета нелинейных цепей постоянного и переменного тока?
3. Какие методы расчета цепей постонного тока можно применить к расчету магнитных цепей?
4. Какими соотношениями связаны величины в магнитной цепи?
Литература:
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. -М.: Гардарики, 1999.-638 с.
2. Сборник задач по теоретическим основам электротехники/ Л.А. Бессонов, И.Г. Демидова, М.Е.Заруди и др. . -М. Высш.шк.,2003.-528 с.
3. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники. Под ред. П.А. Ионкина.- М.: Энергоиздат, 1982-768 с.
Практическое занятие №5
Тема: «Расчет цепей с распределенными параметрами».
Цель: Изучить методы расчета и анализа цепей с распределенными параметрами при различных режимах работы
План:
1 Уравнение длинной линии и основные параметры длинной линии
2 Расчет цепи при согласованной нагрузке и в режимах холостого хода и короткого замыкания
3 Расчет линии без потерь
Контрольные вопросы:
1. Какую цепь называют цепью с распределенными параметрами?
2. В чем заключается расчет длинных линий?
3. Какие режимы работы вызывают стоячие, бегущие волны?
Литература:
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. -М.: Гардарики, 1999.-638 с.
2. Сборник задач по теоретическим основам электротехники/ Л.А. Бессонов, И.Г. Демидова, М.Е.Заруди и др. . -М. Высш.шк.,2003.-528 с.
3. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники. Под ред. П.А. Ионкина.- М.: Энергоиздат, 1982-768 с.
Практическое занятие №6
Тема: «Расчет электростатических полей. Определение механических сил магнитного поля»
Цель: Изучить методы расчета и анализа электромагнитных полей
План:
1 Расчет электростатических полей
2 Расчет магнитных полей
Контрольные вопросы:
1. Какую диаграмму называют топографической?
2. Какую диаграмму называют векторной?
3. Каков порядок построения топографических диаграмм?
Литература:
1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. -М.: Гардарики, 1999.-638 с.
2. Сборник задач по теоретическим основам электротехники/ Л.А. Бессонов, И.Г. Демидова, М.Е.Заруди и др. . -М. Высш.шк.,2003.-528 с.
3. Сборник задач и упражнений по теоретическим основам электротехники. Под ред. П.А. Ионкина.- М.: Энергоиздат, 1982-768 с.
Самостоятельная работа студентов
Темы рефератов
1. Эквивалентные схемы простейших нелинейных цепей
2. Графический расчет нелинейных электрических цепей
3. Пример упрощения схем нелинейных цепей
4. Применение закона Кулона для расчета электрического поля
5. Теорема Гаусса и ее применение
6. Электрическое поле в однородном диэлектрике
7. Вычисление электрической емкости
8. Электрическая прочность диэлектрика
9. Соединения конденсаторов
10. Закон Ампера. Магнитная индукция
11. Примеры расчета магнитных полей с помощью закона Био-Савара
12. Расчет симметричных магнитных полей
13. Магнитный поток и потокосцепление
14. Индуктивность собственная и взаимная
15. Вычисление индуктивностей
16. Магнитные свойства вещества
17. Закон полного тока и его применение
18. Свойства и применение ферромагнитных материалов
19. Расчет неразветвленной однородной магнитной цепи
20. Расчет неразветвленной неоднородной магнитной цепи
21. Расчет разветвленной магнитной цепи
22. Постоянные магниты
23. Закон электромагнитной индукции
24. Наведение ЭДС в проводнике, движущемся в магнитном поле
25. Взаимное преобразование механической и электрической энергии
26. Энергия электрического поля
27. Механические силы в электрическом поле
28. Энергия магнитного поля
29. Механические силы в магнитном поле
30. Взаимоиндуктивное сопротивление
31. Расчет электрических цепей с взаимной индуктивностью
32. Трансформатор без ферромагнитного сердечника
33. Уравнения четырехполюсника
34. Режимы четырехполюсника
35. Схемы замещения пассивного четырехполюсника
36. Токи в цепи с вентилями
37. ЭДС, магнитный поток и ток в цепи с нелинейной индуктивностью
38. Влияние гистерезиса и вихревых токов на ток катушки с ферромагнитным сердечником
39. Полная векторная диаграмма и схемы замещения катушки с ферромагнитным сердечником
40. Применение катушек с ферромагнитным сердечником
41. Общие сведения о переходных процессах
42. Включение катушки индуктивности на постоянное напряжение
43. Отключение катушки индуктивности от источника постоянного напряжения
44. Изменение сопротивления в цепи с индуктивностью
45. Зарядка конденсатора
46. Разрядка конденсатора на сопротивление
47. Включение катушки индуктивности на синусоидальное напряжение
48. Короткое замыкание в цепи переменного тока
49. Уравнения длинной линии
50. Установившийся режим в длинной линии без потерь
51. Нагрузочные режимы длинной линии без потерь
52. Распространение электромагнитной волны с прямоугольным фронтом по линии без потерь
Вопросы рубежных контролей
Первый рубежный контроль
1. Переходные процессы в электрических цепях с сосредоточенными параметрами
2. Четырехполюсники при переменных токах и напряжениях
3. Электрические цепи с распределенными параметрами
4. Нелинейные электрические цепи постоянного тока
5. Электромагнитная индукция
Второй рубежный контроль
1. Магнитное поле
2. Электрические цепи с взаимной индуктивностью
3. Энергия электрического и магнитного полей
4. Расчет электрических полей
5. ЭДС самоиндукции и взаимоиндукции
Размещено на Allbest.ru
Подобные документы
Мгновенные значения величин. Векторная диаграмма токов и топографическая диаграмма напряжений. Расчет показателей ваттметров, напряжения между заданными точками. Анализ переходных процессов в линейных электрических цепях с сосредоточенными параметрами.
реферат [414,4 K], добавлен 30.08.2012Биологическое влияние электрических и магнитных полей на организм людей и животных. Суть явления электронного парамагнитного резонанса. Исследования с помощью ЭПР металлсодержащих белков. Метод ядерного магнитного резонанса. Применение ЯМР в медицине.
реферат [28,2 K], добавлен 29.04.2013Примеры расчета магнитных полей на оси кругового тока. Поток вектора магнитной индукции. Теорема Гаусса-Остроградского для вектора: основное содержание, принципы. Теорема о циркуляции вектора. Примеры расчета магнитных полей: соленоида и тороида.
презентация [522,0 K], добавлен 24.09.2013Свойства силовых линий. Поток вектора напряженности электрического поля. Доказательство теоремы Гаусса. Приложение теоремы Гаусса к расчету напряженности электрических полей. Силовые линии на входе и на выходе из поверхности. Обобщенный закон Кулона.
реферат [61,6 K], добавлен 08.04.2011Характеристики магнитного поля и явлений, происходящих в нем. Взаимодействие токов, поле прямого тока и круговой ток. Суперпозиция магнитных полей. Циркуляция вектора напряжённости магнитного поля. Действие магнитных полей на движущиеся токи и заряды.
курсовая работа [840,5 K], добавлен 12.02.2014Исследование электрических полей нестандартных многоцепных высоковольтных линий электропередач. Инструкция по ликвидации аварийных режимов работы на подстанции 110/35/10 кВ. Программа расчета электрических полей трехфазной линии на языке Turbo Pascal.
дипломная работа [1,6 M], добавлен 29.04.2010Определение наличия и направления магнитного поля метки. Создание постоянного магнитного поля, компенсирующего действие постоянных внешних магнитных полей. Принципиальная схема зарядно-разрядного узла устройства. Определение разряда накопительной емкости.
лабораторная работа [1,2 M], добавлен 18.06.2015Формы электрических полей. Симметричная и несимметричная система электродов. Расчет максимальной напряженности кабеля. Виды и схема развития пробоя твердого диэлектрика. Характеристики твердой изоляции. Зависимость пробивного напряжения от температуры.
контрольная работа [91,5 K], добавлен 28.04.2016Геомагнитное поле земли. Причины возникновения магнитных аномалий. Направление вектора напряженности земли. Техногенные и антропогенные поля. Распределение магнитного поля вблизи воздушных ЛЭП. Влияние магнитных полей на растительный и животный мир.
курсовая работа [326,4 K], добавлен 19.09.2012Закон полного тока. Единая теория электрических и магнитных полей Максвелла. Пояснения к теории классической электродинамики. Система уравнений Максвелла. Скорость распространения электромагнитного поля. Релятивистская трактовка магнитных явлений.
презентация [1,0 M], добавлен 14.03.2016
