Работа 8. Исследование начальной кривой намагничения

ТРАНСФОРМАТОРНОЙ СТАЛИ.

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

 

1. Освоить метод амперметра и вольтметра для получения начальной кривой намагничения.

2. Рассчитать значения В, J и как функции Н.

3. Построить графики зависимостей В, J и от Н.

 

Теория дана в работе 7.

 

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ.

 

Рис.19

 

Схема установки приведена на рис.19. Исследуемый образец ферромагнетика - сердечник трансформатора имеет форму прямоугольного ярма. Намагничивающая обмотка содержит N₁ = 1390 витков, а измерительная N₂ = 44 витка. По намагничивающей обмотке пропускают переменный ток i промышленной частоты . Напряженность магнитного поля Н, создаваемая в намагничивающей катушке, рассчитывается по формуле:

 

H = (36)

 

где: l - средняя длина сердечника трансформатора (l = 0,22 м).

ЭДС индукции - напряжение U,возникающее в измерительной катушке, рассчитывается по формуле:

U =

 

откуда находим

B = (37)

 

где: S = ab - поперечное сечение сердечника (а = 1,2 см; b=4 см)

Значения намагниченности J и магнитной проницаемости согласно (30) и (31) рассчитываются по формулам:

 

J = H (38 ) = (39)

 

Полученную кривую начального намагничения сравните с кривой для технически чистого железа.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1. Собрать электрическую цепь по схеме на рис.19.

2. Меняя автотрансформатором напряжение в намагничивающей катушке от 0 до 220 В, снять

зависимость напряжения U в измерительной катушке от силы тока i в намагничивающей

катушке. Получить не менее 10 - 15 пар значений.

3. Используя полученные значения, рассчитать Н, В, J и .

4. Построить графики зависимости В, J и m от Н.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

 

1. Как можно выделить из группы образцов ферромагнетики?

2. Поясните ход зависимостей В, J и от Н.

3. Как исследуется доменная структура ферромагнетиков?

 

ЛИТЕРАТУРА: [2. § 51,53,55,59]

 

РАБОТА 9. МОСТОВЫЕ СХЕМЫ ДЛЯ ИЗМЕРЕНИЯ СОПРОТИВЛЕНИЙ,

ЕМКОСТЕЙ И ИНДУКТИВНОСТЕЙ.

 

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

1. Собрать мост Уитстона (Витстона) и научиться измерять им сопротивление резисторов.

2. Собрать мост Сотти и научиться измерять им емкость конденсаторов.

3. Собрать мост Максвелла и научиться измерять им индуктивность катушек.

4. Проверить формулы для последовательного и параллельного соединения резисторов и

конденсаторов.

 

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ.

 

Наиболее простой способ измерения сопротивлений с помощью амперметра и вольтметра основан на законе Ома (см.работу 6). Возможные варианты включения измерительных приборов показаны на рис.15, там же указаны возникающие погрешности измерений и .

Для более точных измерений сопротивления применяют мостовые схемы, не требующие измерения токов и напряжений. Все виды таких схем представляют собой четырехплечный мост (рис.20). Участки АВ, ВС,СD и DА, образующие четырехугольник, называются плечами моста;

н.и.-нулевой индикатор; U - источник постоянного или переменного тока.

Пусть i , i , i , i - cилы тока в плечах моста и I - ток через индикатор. Согласно второму правилу Кирхгофа для контуров АВDА и ВСDВ можно записать:

,

Изменяя сопротивления плеч

можно добиться, чтобы через индика-

тор не протекал ток I = 0. В этом

случае говорят, что мост сбаланси-

рован: , .

тогда из системы уравнений получим:

 

или (40)

 

т.е. для сбалансированного моста произведения сопротивлений перекрестных плеч моста одинаковы.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

 

Установка имеет вид стенда, на котором с помощью соединительных проводов собирают необходимую схему. В качестве индикатора используется осциллограф Н 3013.

Для измерения сопротивления собирают мост Уитстона. Питание моста осуществляется источником постоянного тока. В качестве используют магазин Р 33, сопротивление которого можно изменять в широких пределах. Проводами со штекерами подсоединяют магазин Р 33 и

исследуемый резистор к соответствующим клеммам стенда.

Погрешность измерения минимальна, когда подвижный контакт D находится на середине потенциометра. Поэтому, в начале балансировки контакт D устанавливают всегда посередине шкалы.

Балансировку моста начинают с подбора сопротивления магазина ,при котором ток индикатора равен нулю или минимален. Более точная балансировка моста достигается перемещением контакта D потенциометра ADC, общее сопротивление которого равно .

Сопротивление пропорционально числу делений шкалы потенциометра, а общее сопротивление пропорционально полному числу делений шкалы N.

Сопротивление исследуемого резистора согласно (40) рассчитывается по формуле:

 

(41)

 

Мост Сотти. Применяется для измерения емкостей.

Питание моста осуществляется переменным током частоты . В плечи моста АВ и ВС включают магазин емкостей и исследуемый конденсатор , соответственно.

В цепи переменного тока сопротивление участка, содержащего конденсатор, равно реактивному сопротивлению .

Балансировка моста Сотти проводится так же, как это было описано для моста Уитстона, т.е. сначала устанавливают контакт D потенциометра посередине шкалы, затем подбирают емкость магазина, при которой ток через индикатор равен нулю или минимален. Точная балансировка проводится потенциометром.

Расчет неизвестной емкости проводится по формуле, вытекающей из условия (41):

 

(42)

Мост Максвелла. Служит для измерения индуктивностей. В плечах АВ и ВС находятся катушки: эталонная и с неизвестной индуктивностью L_x, соответственно. В цепи переменного тока полное сопротивление катушки индуктивности складывается из активного ее сопротивления R_L и реактивного сопротивления :

 

(43)

 

Плечи АD и DС - потенциометр. Балансировка моста Максвелла проводится только потенциометром. Если мост сбалансирован, то:

 

С учетом (43) для расчета неизвестной индуктивности L_х получим формулу:

 

(44)

 

Активные сопротивления катушек R_э и R_х могут быть измерены мостом Уитстона.

 

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 

1.Измерить по отдельности сопротивления двух резисторов и сопротивление их последовательного и параллельного соединения.

2.Измерить активные сопротивления катушек.

3.Измерить по отдельности емкости двух конденсаторов и емкость их последовательного и параллельного соединения.

4.Измерить индуктивность катушек. Измерить индуктивность первой катушки с сердечником.

5.Убедиться в правильности формул для параллельного и последовательного соединения сопротивлений, конденсаторов, сопоставив результаты расчета по ним с экспериментальными значениями.

 

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ.

 

1. Сформулируйте правила Кирхгофа.

2. Что значит "мост сбалансирован"? Напишите условие равновесия моста?

3. Как изменится равновесие моста, если поменять местами источник питания и индикатор нуля?

4. Что такое полное сопротивление участка цепи переменного тока? Напишите формулу и укажите в ней активное и реактивное сопротивления.

5. Оцените, что создает основную погрешность измерения в Вашем эксперименте.

 

ЛИТЕРАТУРА:[3. §5.3; 6 §67]