Лабораторна робота № 3

КОЛА ЗІ ВЗАЄМНОЮ ІНДУКТИВНІСТЮ

Мета роботи – дослідження трансформуючих властивостей індуктивно зв’язаних котушок та визначення їх параметрів.

Опис роботи

В роботі досліджуються індуктивно зв’язані котушки (coil), насаджені на феритові циліндричні осердя, кут між якими може змінюватись від 0 до 90°, внаслідок чого змінюється взаємна індуктивність (mutual inductance) і незначною мірою індуктивність (inductance). На рис. 10 зображена схема заміщення (equivalent circuit) котушок.

Рисунок 10 – Еквівалентна схема індуктивно зв’язаних котушок

Параметри кожної з котушок визначаються як для звичайного двополюсника, якщо полюси іншої котушки розімкнені (див. роботу № 1).

                         (8)

                         (9)

де – вхідна напруга,

– напруга на вимірювальному опорі (в колі рис.і10 не вказаний),

– зсув фаз між напругами.

Початки котушок та взаємна індуктивність між котушками визначаються на підставі рівнянь холостого ходу

,                         (10)

.                         (11)

Якщо <<, то коефіцієнт передачі напруги

                         (12)

Звідси випливає, що, по-перше, між напругами і відсутній зсув фаз і це дозволяє знайти початки котушок за допомогою осцилографа (oscilloscope) або фазометра, по-друге, розрахувати взаємну індуктивність.

Для розрахунку коефіцієнта зв’язку (coupling coefficient) між котушками необхідно знайти коефіцієнт передачі (transmission gain) напруги при оберненому ввімкненні котушок (– вхідна, – вихідна)

                         (13)

Тоді коефіцієнт зв’язку

                    (14)

Параметри М та К_зв можна визначити також з дослідів короткого замикання однієї з котушок. Якщо замкнені полюси другої котушки, то коефіцієнт передачі струму

                    (15)

Для оберненого ввімкнення

                    (16)

Звідси

                         (17)

Параметри котушок, через феритове осердя, залежать від режиму роботи, тому описані досліди необхідно проводити при незмінній вхідній напрузі і вибирати її якнайменшою.

В роботі досліджується також трансформатор (transformer) з котушками на замкненому тороїдному осерді, який при умові <<і << наближається за властивостями до досконалого трансформатора. Коефіцієнти передачі напруги і струму такого трансформатора визначаються співвідношеннями

               (18)

де n – коефіцієнт трансформації.

Перше рівняння стверджує, що досконалого трансформатора не залежить від навантаження, а друге – що годограф досконалого трансформатора описує при зміні опору навантаження півколо зображене на рис. 11.

Визначення проміжку зміни опору навантаження, в якому досліджуваний трансформатор наближається до досконалого, складає зміст дослідження трансформатора.

Рисунок 11 – Годограф ідеального трансформатора

Завдання

1. Скласти коло рис. 12 для проведення вимірів параметрів індуктивно зв’язаних котушок на циліндричних осердях.

Рисунок 12 – Електрична схема підключення вимірювального обладнання при дослідженні індуктивно зв’язаних котушок

2. В колі рис. 12 провести виміри вхідних і вихідних напруг, струмів та їх початкові фази у режимах холостого ходу і короткого замикання для прямого і оберненого ввімкнення.

Результати занести до табл. 7, де першим двом рядкам відповідає пряме ввімкнення, а двом другим – обернене. Виміри провести при незмінній вхідній напрузі . Струми розрахувати через напругу на вимірювальному опорі.

Таблиця 7 – Результати вимірювання параметрів індуктивно зв’язаних котушок на циліндричних осердях

3. В колі рис. 12 замінити котушки на циліндричних осердях трансформатором з тороїдним осердям і до клем К підключити потенціометр на десятки кОм.

Змінюючи опір потенціометра визначити проміжок, в якому вихідна напруга майже не змінюється (вхідну напругу підтримувати постійною).

Провести виміри вказаних в табл. 8 величин для трьох значень опору потенціометра (крайніх і середнього) із знайденого проміжку, а також і .

Таблиця 8 – Результати вимірювання параметрів трансформатора з тороїдним осердям

Обробка результатів

1. За результатами досліду п. 2 визначити коефіцієнти передачі напруги і струму , , , і порівняти їх.

2. Визначити параметри зв’язаних котушок на циліндричних осердях , ,, , а також і через коефіцієнти передачі напруги і струму. Результати звести у табл. 9.

Таблиця 9 – Результати вимірювання параметрів зв’язаних котушок на циліндричних осердях

3. За результатами досліду п. 3 розрахувати опір навантаження, комплексні коефіцієнти передачі напруги і струму і побудувати їх годограф.

4. Побудувати теоретичні годографи коефіцієнтів передачі напруги і струму трансформатора на тороїдному осерді, вважаючи його досконалим і виходячи з дослідів холостого ходу і короткого замикання табл. 8

Контрольні запитання

1. В чому полягає механізм взаємного впливу індуктивно зв’язаних котушок і від яких факторів він залежить?

2. Як експериментально визначити початки індуктивно зв’язаних котушок?

3. В якому режимі, холостого ходу чи короткого замикання, результуюча індуктивність трансформатора вища? Чому саме і як її знайти за результатами дослідів?

4. З чим пов’язане відхилення характеристик реальних трансформаторів від характеристик досконалого при зміні навантаження?

Література

[1, С. 20–26; 10, С. 105–112; 11, С. 129–146; 12, С. 47–52; 13]