POLITECHNIKA LUBELSKA
LABORATORIUM PODSTAW ELEKTROTECHNIKI		Ćwicz. nr 5
TEMAT: MAGNETYCZNE MNOŻNIKI CZĘSTOTLIWOŚCI		DATA: 5.11.1196r
WYKONAŁ: Wiesław Rycerz	GRUPA: ED 3.6	OCENA:

1. Cel ćwiczenia.

Celem ćwiczenia jest zapoznanie się z zasadą działania magnetycznych mnożników częstotliwości.

2. Część teoretyczna.

Dla wielu odbiorników, takich jak indukcyjne układy grzejne, napędy elektryczne o dużych prędkościach obrotowych, pożądana jest częstotliwość napięcia zasilającego wyższa od częstotliwości sieciowej. Dla podwyższenia częstotliwości stosuje się przetwornice częstotliwości maszynowe, tyrystorowe oraz magnetyczne mnożniki częstotliwości.

Spośród wielu rodzajów mnożników magnetycznych szczególne znaczenie mają potrajacze częstotliwości, które obok trzykrotnego podwyższania częstotliwości symetryzują obciążenia jednofazowe. Dzieje się tak dlatego, że obciążenie jednofazowe zasilane przez magnetyczny potrajacz częstotliwości z sieci trójfazowej, stanowi z punktu widzenia tej sieci symetryczne obciążenie trójfazowe.

O wartości napięcia potrojonej częstotliwości na wyjściu mnożnika decyduje kształt charakterystyki magnesowania rdzeni jednofazowych transformatorów tworzących potrajacz. W oparciu o charakterystykę magnesowania można różnymi metodami analitycznymi bądź graficznymi wyznaczyć napięcie na zaciskach wyjściowych potrajacza.

3. Wyznaczanie charakterystyki magnesowania rdzenia transformatora

potrajacza.

W_o A_o

W At.

V₁ V₂

Schemat układu pomiarowego

Dane transformatora :

1. Liczba zwojów uzwojenia pierwotnego z₁ = 423

2. Liczba zwojów uzwojenia wtórnego z₂ = 282

3. Przekrój rdzenia S_Fe =12,4

4. Średnia długość drogi strumienia w rdzeniu l_śr = 28,6 cm

U1	I0	P0	U2	ϕ	sinϕ	I	Bm	Hm	σa
V	A	W	V	rad	--	A	T	A/m	--
102	0,17	6	70	1,21747	0,938	0,159	0,902	377,443	1,6
132	0,25	9	84	1,29457	0,962	0,240	1,082	611,870	1,72
152	0,35	13	98	1,323936	0,969	0,339	1,262	893,496	1,78
164	0,45	17	106	1,338357	0,973	0,438	1,365	1178,74	1,82
172	0,55	19	112	1,368575	0,979	0,539	1,443	1498,145	1,88
180	0,65	22	116	1,381636	0,982	0,638	1,494	1831,778	1,94
188	0,81	26	120	1,399218	0,985	0,798	1,546	2360,832	2
192	0,91	28	124	1,409846	0,987	0,898	1,597	2683,598	2,02
196	1	29	126	1,422292	0,989	0,989	1,623	2983,994	2,04

Obliczenia :

Skuteczna wartość prądu magnesującego :

gdzie:

np.

Indukcja magnetyczna :

np.

Natężenie pola magnetycznego :

np.

4. Aproksymacja charakterystyki magnesowania.

HA = 611,87 A/m HB = 2683,598 A/m					C1 = 54,8 A/m
BA = 1,082 T BB = 1,597 T					C2 = 2,821 1/T
B[T]	0,902	1,082	1,262	1,365		1,443	1,494	1,546	1,597	1,623
H [A/m.]	362,4	610,4	1025,5	1378,9		1721,6	1996,1	2314,3	2683,3	2889,3

Obliczenia :

Stałe równania aproksymującego :

Równanie aproksymujące :

np.

5. Analityczne wyznaczanie napięcia potrojonej częstotliwości.

	B1	U1f	UN		U2
Lp.	T	V	V	-	V
1 2 3 4 5 6 7 8	1,082 1,262 1,365 1,443 1,494 1,546 1,597 1,623	132 152 164 172 180 188 192 196	53,461 66,537 74,016 79,048 83,577 88,080 90,667 92,888	1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5 1,5	106,922 133,073 148,032 158,096 167,155 176,161 181,335 185,776

Obliczenia :

Napięcia :

np.

gdzie: np.

6. Demonstracja

Przebiegi napięcia:

a) wejściowy:

.

b) wyjściowy:

7. Próba stanu jałowego potrajacza .

W₁ A

Tr W

L1

L2 V₂

L3

W₂

Schemat układu pomiarowego.

Tabela pomiarów :

U1	U1f	P1	P2	P	I1	U2
V	V	W	W	W	A	V
170	98,152	-4	16	12	0,15	36
200	115,47	-8	24	16	0,2	56
240	138,56	-16	40	24	0,3	124
270	155,89	-32	64	32	0,4	144
290	167,437	-44	84	40	0,5	160
310	178,98	-60	104	44	0,6	176
320	184,76	-72	128	56	0,7	188
330	190,53	-88	148	60	0,8	200
340	196,30	-108	176	68	0,9	212
345	199,19	-116	184	68	0,97	216

Obliczenia :

Napięcie fazowe :

np.

Moc :

np.

Cha-ka stanu jałowego potrajacza.

Cha-ka I₁ = f(U_1f)

8. Wnioski

Charakterystyka magnesowania H = f(B) wyznaczona na podstawie pomiarów prawie idealnie pokrywa się z charakterystyką magnesowania wyznaczoną z równania aproksymującego , co potwierdza dość dobre przybliżenie tej cha-ki tym równaniem ( pomimo zastosowanych uproszczeń przy wyznaczaniu stałych równania aproksymującego).

Charakterystyki U2 = f(U1f) sporządzone na podstawie pomiarów i teoretycznych obliczeń nie wykazują znacznych różnic w zakresie od ok. 135 V napięcia fazowego U1f .

Jak wynika z założeń konstrukcyjnych potrajacza oraz pomiarów przy użyciu oscyloskopu przebieg wyjściowy ma częstotliwość trzykrotnie większą aniżeli przebieg wejściowy. Przebieg wejściowy wykazuje ponadto dość znaczące odkształcenie od idealnej sinusoidy (obecność m.in. 3 i 5-ej harmonicznej), co jest związane z nieliniowością charakterystyki magnesowania . Przebieg wyjściowy również nie jest idealnie sinusoidalny, ponieważ zawiera oprócz trzeciej harmonicznej harmoniczne, które są jej wielokrotnością.

Charakterystyka I1 = f(U1f) ma charakter wykładniczy , tak jak w przypadku charakterystyki magnesowania.

Moc P pobierana przez układ w stanie jałowym , którą stanowią straty na rezystancjach uzwojeń cewek oraz straty w rdzeniu rośnie wykładniczo wraz ze wzrostem napięcia wejściowego ( charakterystyka P = f(U1f) ).

Ćwiczenie wykonali:

Tomasz Sugier

Wiesław Rycerz

Radosław Strzelec

Piotr Łęcki.

---