POLITECHNIKA POZNAŃSKA INSTYTUT ELEKTROTECHNIKI PRZEMYSŁOWEJ Zakład Podstaw Elektrotechniki
Laboratorium Podstaw Elektrotechniki Temat: Obwody sprzężone magnetycznie – indukcja elektromagnetyczna
Rok akademicki: 2012/13 Wydział Elektryczny Kierunek Elektrotechnika Nr grupy: E4-2
Uwagi:

1. Przebieg ćwiczenia

1.1 Pomiar rezystancji i indukcyjności własnej cewek powietrznych i cewek na rdzeniu ferromagnetycznym AB i CD

1.1.1 Pomiar rezystancji cewek AB i CD mostkiem Thomsona

Cewki powietrzne
RAB
[Ω]
1,86

Cewki na rdzeniu ferromagnetycznym
RAB
[Ω]
1,7

1.1.2 Pomiar indukcyjności własnej cewek AB i CD mostkiem LCR ( częstotliwość źródła napięcia wewnętrznego f = 1kHz). Dla cewki CD na rdzeniu ferromagnetycznym pomiary należy wykonać w funkcji położenia na rdzeniu.

Cewki powietrzne
LAB
[mH]
0,71

Cewki na rdzeniu ferromagnetycznym
LAB
[mH]
0,563

2.2 Pomiar indukcyjności własnej cewek powietrznych i cewek na rdzeniu ferromagnetycznym

2.2.1 Schemat połączeń

2.2.2 Przebieg pomiarów

Zestawić układ. Dokonać pomiarów U i I zasilając z generatora napięcia sinusoidalnie zmiennego przy częstotliwości f = 20 kHz i napięciu ok. 1 V kolejno cewki powietrzne AB i CD w ich skrajnym położeniu oraz cewkę na rdzeniu ferromagnetycznym AB (skrajne dolne położenie). Dla cewki CD wykonać pomiary U,I w funkcji położenia na rdzeniu.

Cewki powietrzne
AB
UAB
[V]

Cewki na rdzeniu ferromagnetycznym
CD
UCD
[V]
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85
0,85

Cewki na rdzeniu ferromagnetycznym
AB
UAB
[V]

2.3 Pomiar indukcyjności wzajemnej cewek powietrznych i cewek na rdzeniu ferromagnetycznym w funkcji odległości przy f = 20 kHz

2.3.1 Cewki powietrzne (nawinięte na karkasie tekstolitowym)

Lp.	Cewka AB	Cewka CD	d
	UCD	IAB	UAB
	[mV]	[mA]	[mV]
1	133	91	53
2	9	91	10
3	3	91	5
4	2	91	3
	zasilana jest cewka AB, która położona jest w dolnym skrajnym położeniu , oddalamy cewkę CD	zasilana jest cewka CD, która położona jest w górnym skrajnym położeniu , oddalamy cewkę AB

2.3.2. Cewki na rdzeniu ferromagnetycznym

Lp.	Cewka AB	Cewka CD	d
	UCD	IAB	UAB
	[V]	[mA]	[V]
1.	0,9	12,6	0,43
2.	0,75	12,6	0,34
3.	0,62	12,6	0,29
4.	0,5	12,6	0,24
5.	0,41	12,6	0,2
6.	0,33	12,6	0,16
7.	0,22	12,6	0,12
zasilana jest cewka AB, która położona jest w dolnym skrajnym położeniu , oddalamy cewkę CD	zasilana jest cewka CD, która położona jest w górnym skrajnym położeniu , oddalamy cewkę AB

2.4. Wyznaczanie zacisków jednoimiennych cewek sprzężonych magnetycznie

2.4.1 Układ pomiarowy

a) b)

max 3V

μA_o – mikroamperomierz magnetoelektryczny (75μA)

Po zamknięciu wyłącznika „W” obserwować kierunek wychylenia wskazówki miernika, aby określić zaciski jednoimienne.

2.4.2. Tabela oznaczeń

Na podstawie wykonanych obserwacji zaznaczyć w tabeli znakiem * zaciski jednoimienne.

Cewki
A
*

2.5. Wyznaczanie indukcyjności zastępczej cewek połączonych szeregowo i równolegle przy magnesowaniu zgodnym, przeciwnym i braku sprzężenia.

2.5.1. Połączenie szeregowe

1. Układ pomiarowy

1. Tabela pomiarów

		Maksymalne sprzężenie zgodne	Maksymalne sprzężenie przeciwne	Brak sprzężenia
U	[V]	0,86	0,82	0,84
I	[mA]	2,12	10,8	30,3

2.5.2. Połączenie równoległe

1. Układ pomiarowy

Tabela pomiarów

		Maksymalne sprzężenie zgodne	Maksymalne sprzężenie przeciwne	Brak sprzężenia
U	[V]	0,85	0,82	0,76
I	[mA]	12,6	55,6	124,3

1. Obliczenia

1. indukcyjności własne cewek powietrznych i cewek na rdzeniu ferromagnetycznym

Cewki powietrzne
LAB
[mH]
0,07

Cewki na rdzeniu ferromagnetycznym AB
LAB
[mH]
0,61

Cewki na rdzeniu ferromagnetycznym
LAB
[mH]
1,25
1,28
1,30
1,25
1,19
1,04
0,88

1. Indukcyjności wzajemne cewek powietrznych i na rdzeniu ferromagnetycznym i narysować wykresy M₁₂, M₂₁ = f(d).

Lp.	Cewki powietrzne
	d
	[mm]
1.	1,5
2.	6,5
3.	11,5
4.	16,5

	Cewki na rdzeniu ferromagnetycznym
	d
	[mm]
1.	1,5
2.	6,5
3.	11,5
4.	16,5
5.	21,5
6.	26,5
7.	31,5

- Wykres dla cewek powietrznych:

- Wykres dla cewek na rdzeniu ferromagnetycznym:

1. Obliczyć współczynnik sprzężenia magnetycznego k cewek powietrznych i cewek na rdzeniu ferromagnetycznym oraz ustalić, jakiego rodzaju jest to sprzężenie. Narysować wykresy k = f(d).

Lp.	Cewki powietrzne	Rodzaj sprzężenia
	d	k
	[mm]	-
1.	1,5	0,10588589
2.	6,5	0,01273064
3.	11,5	0,00568812
4.	16,5	0,00350316

Lp.	Cewki na rdzeniu ferromagnetycznym	Rodzaj sprzężenia
	d	k
	[mm]	-
1.	1,5	0,57888562
2.	6,5	0,46718727
3.	11,5	0,3877247
4.	16,5	0,32225946
5.	21,5	0,2734379
6.	26,5	0,23439442
7.	31,5	0,17948843

1. Indukcyjność zastępcza cewek połączonych szeregowo i równolegle

Połączenie szeregowe
zgodne
z pomiarów
Lzas
[μH]
2876,26

Połączenie równoległe
zgodne
z pomiarów
Lzas
[μH]
598,14

Połączenie szeregowe zgodne – cewki na rdzeniu ferromagnetycznym

Połączenie szeregowe przeciwne – cewki na rdzeniu ferromagnetycznym

Połączenie szeregowe - brak sprzężenia – cewki powietrzne

Połączenie równoległe zgodne – cewki na rdzeniu ferromagnetycznym

Połączenie równoległe przeciwne – cewki na rdzeniu ferromagnetycznym

Połączenie równoległe - bez sprzężenia – cewki powietrzne

1. Wnioski i uwagi końcowe

Na podstawie wyników pomiarów można zauważyć, że indukcyjność własna cewek nawiniętych na rdzeniu ferromagnetycznym jest znacznie większa niż cewek na rdzeniu powietrznym . Podobnie jest z indukcyjnością wzajemną. Indukcyjności obliczone są niemal identyczne tym zmierzonym. Niewielka rozbieżność może wynikać z błędów odczytu wartości i z błędów wynikających z zaokrągleń przy obliczeniach.

Indukcyjności wzajemne M12 i M21 są nieznacznie różne, co widać na wykresach. Jest tak zarówno dla cewek powietrznych jak i dla cewek na rdzeniu

Wartość współczynnika sprzężenia k dla cewek powietrznych jest bardzo mała i w odległości większej niż 10cm jest ona bliska zeru i sprzężenie jest bardzo słabe. Natomiast w przypadku cewek nawiniętych na rdzeniu ferromagnetycznym zmiany odległości cewek również powodują zmiany współczynnika sprzężenia to jednak w całym badanym zakresie odległości sprzężnie jest silne.

1. Parametry i dane znamionowe zastosowanych urządzeń i mierników

   • Multimetry uniwersalne BM 857a

   • Generator GFG-3015

   • Mostek Thomsona

   • Mikroamperomierz magnetoelektryczny

   • Miernik indukcji LCR55

   • Zasilacz PS3005

   • Listwa rozgałęziająca

   • Badane układy