Politechnika Lubelska w Lublinie		Laboratorium elektrotechniki Ćwiczenie nr 5
Nazwisko: Steciuk Środek Sztembis	Imię: Artur Tomasz Paweł	Semestr 2	Grupa ED 2.3	Rok akademicki 1998/1999
Temat ćwiczenia: Obwody magnetyczne.			Data wykon. 25.03.1999	Ocena

1. Cel ćwiczenia.

Zapoznanie się z parametrami obowiązującymi w obwodach magnetycznych.

2. Wyznaczanie dynamicznej charakterystyki magnesowania.

Schemat układu do oscylografowania pętli histerezy.

Przekrój czynny rdzenia	SFe= 13 cm^2
Średnia długość linii strumienia w rdzeniu	lśr= 44 cm
Rezystancja opornika pomiarowego	R1= 3,9 Ω
Liczba zwojów uzwojenia wzbudzonego Pomiarowego	z1= 1100 z2= 130
Parametry układu całkującego	R2= 12 kΩ C2= 2 μF
Czułość wejścia „X” oscyloskopu Czułość wejścia „Y” oscyloskopu	Sx= 2 cm/v Sy= 0,5 cm/v

Wykres pętli histerezy.

2. Badanie nierozgałęzionego obwodu magnetycznego. Wyznaczanie charakterystyki magnesowania prądem przemiennym.

Schemat połączeń układu do wyznaczania charakterystyki magnesowania.

zl	zp	l	SFe
---	---	m	m^2
600	1100	0,33	0,00123

Pomiary					Obliczenia
Lp.	U1	I1	Up	Ka	m	Hm		Bm
	V	A	V	---	A	A/m	10^-5 Wb	T
	δ  0
1	10	0,02	18	1,41	16,92	51,27	7,37	0,059821
2	20,1	0,04	35,6	1,41	33,84	102,55	14,58	0,118344
3	30	0,059	48	1,41	49,914	151,25	19,66	0,159578
4	40	0,071	65	1,41	60,066	182,02	26,62	0,216071
5	50	0,09	81	1,413	76,302	231,22	33,17	0,269237
6	60	0,11	98	1,415	93,39	283	40,13	0,325731
7	70	0,129	114	1,418	109,7532	332,59	46,68	0,378896
8	80	0,145	130	1,42	123,54	374,36	53,24	0,432143
9	85	0,156	139	1,422	133,0992	403,33	56,92	0,462013
10	90	0,165	147,4	1,424	140,976	427,2	60,36	0,489935

Ponadto należy założyć , że współczynnik wypełnienia k=0,9.

Charakterystykę magnesowania obwodu magnetycznego wyznaczamy w układzie pomiarowym ,wykonując pomiary prądu i napięcia po stronie pierwotnej oraz napięcia wtórnego . Wartość maksymalną indukcji magnetycznej wyznacza się na podstawie wskazań woltomierza V ,przyłączonego do uzwojenia zasilającego (pierwotnego) :

,

gdzie dodatkowo f to częstotliwość napięcia zasilającego obwód prądem o przebiegu sinusoidalnym (f=50 Hz). Wykorzystując prawo przepływu można obliczyć natężenie pola magnetycznego :

,

gdzie to współczynnik amplitudy prądu zasilającego;

to wartość szczytowa prądu;

to średnia długość drogi strumienia w obwodzie magnetycznym.

Obliczenia: δ = 0; Lp.1

Pomiary					Obliczenia
Lp.	U1	I1	Up	ka	m	Hm		Bm
	V	A	V	---	A	A/m	Wb	T
	δ  0,3
1	10	0,05	17,6	1,41	42,3	128,18	7,21	0,058523
2	20	0,085	32,4	1,41	71,91	217,91	13,27	0,107711
3	30	0,119	45,6	1,41	100,674	305,07	18,67	0,151542
4	40	0,157	61	1,41	132,822	402,49	24,98	0,20276
5	50	0,195	76,8	1,41	164,97	499,91	31,45	0,255276
6	60	0,232	92	1,41	196,272	594,76	37,67	0,305763
7	70	0,27	107,6	1,41	228,42	692,18	44,06	0,35763
8	80	0,31	123,2	1,41	262,26	794,73	50,45	0,409497
9	90	0,349	138,2	1,41	295,254	894,71	56,59	0,459334
10	97	0,375	150	1,41	317,25	961,36	61,43	0,49862

Pomiary					Obliczenia
Lp.	U1	I1	Up	Ka	m	Hm		Bm
	V	A	V	---	A	A/m	Wb	T
	δ  0,7
1	10	0,062	16	1,41	52,452	158,95	6,55	0,053166
2	20	0,121	31	1,41	102,366	310,2	12,69	0,103003
3	30	0,171	42	1,41	144,666	438,38	17,2	0,13961
4	40	0,23	58	1,41	194,58	589,64	23,75	0,192776
5	50	0,29	72	1,41	245,34	743,45	29,48	0,239286
6	60	0,35	87,4	1,41	296,1	897,27	35,79	0,290503
7	70	0,409	101	1,41	346,014	1048,53	41,36	0,335714
8	80	0,471	116	1,41	398,466	1207,47	47,5	0,385552
9	90	0,525	130	1,41	444,15	1345,91	53,24	0,432143
10	100	0,585	145	1,41	494,91	1499,73	59,38	0,481981

3. Badanie rozgałęzionego obwodu obwodu magnetycznego.

Układ pomiarowy do badania obwodu magnetycznego.

Z1	zp1	zp2	zp3	S1	S2	S3	l1	l2	l3
---	---	---	---	10^-3 m^2	10^-3 m^2	10^-3 m^2	m	m	m
324	586	586	586	2,1	2,1	2,1	0,183	0,473	0,473

Lp.	Pomiary						Obliczenia
	I1	ka	U1	Up1	Up2	Up3	Hm				Bm
	A	---	V	V	V	V	A/m	Wb	Wb	Wb	T
1	0,03	1,412	10	18	9,9	8	20,922	0,00014	0,00008	0,00006	0,067
2	0,04	1,415	20	35	16	14	27,955	0,00027	0,00012	0,00011	0,129
3	0,05	1,425	30	48	20	18,2	35,191	0,00037	0,00015	0,00014	0,176
4	0,059	1,427	40	65	26,6	24	41,583	0,0005	0,0002	0,00018	0,238
5	0,068	1,429	50	81	32	30	47,993	0,00062	0,00025	0,00023	0,295
6	0,075	1,431	60	98	38	35	53,008	0,00075	0,00029	0,00027	0,357
7	0,088	1,434	70	113	44	40,4	62,327	0,00087	0,00034	0,00031	0,414
8	0,1	1,45	80	130	52	49	71,616	0,001	0,0004	0,00038	0,476
9	0,125	1,465	90	146	59	56	90,446	0,00112	0,00045	0,00043	0,533

Przykłady obliczeń:

Punkt na charakterystyce					
	Wb	Wb	Wb	Wb	%
A	0,00014	0,00008	0,00006	0	0
B	0,00027	0,00012	0,00011	0,00004	14,81
C	0,001	0,0004	0,00038	0,00022	22

Sprawdzenie I prawa Kirchoffa przeprowadzane jest poprzez obliczenie sumy strumieni z uwzględnieniem ich znaku dla punktów A,B,C na krzywej magnesowania ,przy czym :

Punkt ch-ki			B		H z ch-ki magnes.		U Napięcia Magnet.				
																		Obl.	dane
				B1	B2	H1	H2	H1l1	H2l2	U  U	I1kaz1
	Wb	Wb	T	T	A/m	A/m	A	A	A	A	%
A	0,00014	0,00008	0,067	0,038	20,922	14	3,829	6,622	10,451	13,72	23,8
B	0,00027	0,00012	0,129	0,057	27,955	21	5,116	9,933	15,049	18,34	17,9
C	0,001	0,0004	0,476	0,19	71,616	38	13,106	17,974	31,08	46,98	32,5

Sprawdzanie II prawa Kirchoffa przeprowadzane jest w oczku obwodu wzdłuż drogi „l1” i „l2” dla punktów A,B,C na krzywej magnesowania .Wykorzystując wartości strumieni indukcji można określić indukcje magnetyczne w poszczególnych elementach obwodu, zaś z krzywej magnesowania odpowiadające im wartości natężenia pola magnetycznego .Błąd względny obliczany jest ze wzoru :

Punkt Ch-ki				R	R	R	Rab	R
	H/m	H/m	H/m	1/H	1/H	1/H	1/H	1/H
A	0,0032	0,0027	0,0027	27232	83422	83422	41711	110654
B	0,0046	0,0027	0,0027	18944	83422	83422	41711	60655
C	0,0066	0,005	0,005	13203	45048	45048	22524	35727

Punkt ch-ki		Uab				
	Wb	A	Wb	Wb	Wb	%
A	0,00012	13,28	0,00016	0,00016	-0,0002	-0,02
B	0,0003	12,51	0,00015	0,00015	0	0
C	0,00131	29,62	0,00066	0,00066	-0,00001	-0,001

4.Wnioski:

Uniwersalną charakterystyką materiału magnetycznego jest pętla histerezy. Rozróżnia się materiały magnetycznie miękkie i magnetycznie twarde.

Materiały magnetycznie twarde mają szeroką pętlę histerezy i są stosowane do wytwarzania magnesów trwałych.

Materiały magnetycznie miękkie charakteryzują się dóżą przenikalnością względną i wąską pętlą histerezy.

Jeżeli zwiększymy szczelinę powietrzną w rdzeniu to wydłuży się pętli histerezy. Zależy to od zmiany średniej długości drogi strumienia magnetycznego w rdzeniu oraz wzrasta prąd w cewce magnesującej rdzeń. Według wzoru:

H_m jest większe dla szczeliny powietrznej 0,7 niż dla szczeliny powietrznej 0,3.

W obwodzie magnetycznym rozgałęzionym zachowane są dwa prawa Kirchhoffa. Napięcie na cewce z_p2 jest dwa razy wyższe niż na cewkach z_p1 i z_p3. Z zasady zachowania prawa Kirchhoffa wynika że strumień φ₂ jest dwa razy większy niż strumień φ₁ i φ₃.

Dokładność obliczeń jest obarczona błędem odczytu z mierników oraz jakością połączeń podczas wykonywania ćwiczenia. Od przyjętych zaokrągleń podczas obliczeń zależą wykresy B=f(H), ponieważ B i H są obliczane.

1

8

---