Лабораторная работа № 18

Лабораторная работа № 18
Исследование явления феррорезонанса
Целью работы является экспериментальное получение характеристик
для действующих значений напряжения и тока в цепи, содержащей
нелинейный индуктивный элемент – катушку с ферромагнитным
сердечником, и исследование явления феррорезонанса.
1. Подготовка к работе
1. Пренебрегая активным сопротивлением обмотки, построить
зависимость для действующих значений UL(I), полученную
экспериментально в лабораторной работе №17.
2. Катушка соединена последовательно с конденсатором емкостью
С=68 мкФ (для N - четных номеров бригад) или С=82 мкФ (для N - нечетных
номеров бригад). Цепь подключена к источнику синусоидального тока с
частотой f 50 Гц. Графически определить действующее значение тока I 0 , при
котором в цепи будет феррорезонанс напряжений. Построить зависимость
U ( I )  U L ( I )  U C ( I ) , где U – действующее значение напряжения на входе
цепи. При каком минимальном значении емкости конденсатора в цепи будет
наблюдаться явление феррорезонанса?
3. Объяснить, как учесть в пункте 1 Подготовки к работе активное
сопротивление обмотки Rì и как феррорезонансная кривая U(I), полученная
экспериментально, отличается от теоретической кривой, построенной в
пункте 2 Подготовки к работе.
2. Содержание работы и порядок выполнения работы
В лабораторной работе исследуется катушка с ферромагнитным
сердечником из модуля НЕЛИНЕЙНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ. Источником
синусоидального напряжения является модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ
ГЕНЕРАТОР. Сопротивление проводов обмотки катушки, дополнительного
сопротивления измеряют ЭЛЕКТРОННЫМ ВОЛЬТМЕТРОМ. Измерение
действующего значения напряжения на входе цепи и напряжения на
дополнительном сопротивлении также проводится ЭЛЕКТРОННЫМ
ВОЛЬТМЕТРОМ.
Часть I
1.1 Собрать электрическую цепь, показанную на рис. 1П протокола
измерений. В качестве дополнительного сопротивления выбрать
резистор, обозначенный на стенде R3 и расположенный рядом с
нелинейной катушкой.
1.2 Измерить сопротивление обмотки Rì и дополнительное сопротивление
R3 . Действующее значение тока в цепи определяется по величине
напряжения на дополнительном сопротивлении.
1
1.3 Включить автоматический выключатель QF модуля питания и тумблер
SA2 источника UZ3.
1.4 Плавно изменяя величину напряжения на дополнительном
сопротивлении, получить зависимость U RL ( I ) , где U RL - действующее
значение напряжения на входе цепи, состоящей из последовательно
соединенных нелинейной катушки и дополнительного сопротивления R3 .
Диапазон изменения напряжения на дополнительном сопротивлении: от
нуля до значения, равного R3  I 0 , где I 0 - резонансное значение тока из
пункта 2 Подготовки к работе. Данные занести в табл. 1П.
1.5 Рассчитать и построить зависимость U RL ( I ) .
Часть II
2.1 Собрать электрическую цепь, показанную на рис. 2П протокола
измерений.
2.2 Плавно увеличивая величину напряжения на дополнительном
сопротивлении, получить зависимость U ( I ) . Обязательно зафиксировать
напряжение на входе, при котором происходит скачкообразное
увеличение тока. Для большей точности эксперимента измерения при
скачкообразном изменении тока провести несколько раз. Данные занести
в табл. 2П протокола измерений.
2.3 Плавно уменьшая величину напряжения на дополнительном
сопротивлении, получить зависимость U ( I ) . Обязательно зафиксировать
напряжение на входе, при котором происходит скачкообразное
уменьшение тока. Для большей точности эксперимента измерения при
скачкообразном изменении тока провести несколько раз. Данные занести
в табл. 2П.
2.4 Выполнить расчеты, приведенные в протоколе измерений.
2.5 Построить экспериментальную зависимость U ( I ) . Определить входное
U
сопротивление цепи R  0 в режиме феррорезонанса (см. Методические
I 0
указания).
2.6 Рассчитать зависимость U L ( I ) (действующего значения составляющей
напряжения на нелинейной катушке, уравновешивающей э.д.с.,
индуктированную в обмотке катушки основным потоком). Построить
зависимость U L ( I ) . На этой же координатной плоскости графически
построить зависимости U C ( I ) и U ( I )  U L ( I )  U C ( I ) . Сравнить
зависимости п. U ( I ) 2.5 и п. 2.6.
Протокол измерений утвердить у преподавателя.
2
Протокол измерений к лабораторной работе № 18
Часть I
Характеристики нелинейной катушки по действующим
значениям напряжения и тока
Схема исследуемой цепи показана на рис. 1П.
Рис. 1П
Частота f  __ Гц.
Сопротивление проводов катушки, измеренное электронным вольтметром:
Rм  ____ Ом.
Дополнительное сопротивление, измеренное электронным вольтметром:
R3  ____ Ом.
Экспериментальная зависимость U RL (I ) представлена в табл. 1П
Таблица 1П
U R3 , В
I
U R3
R3
мA
U RL , В
0
,
0
0
3
Часть II
Явление феррорезонанса
Схема исследуемой цепи показана на рис. 2П.
Рис. 2П
Частота f  __ Гц. Емкость C  ____ мкФ.
Емкостное сопротивление X C  1  2fC   _____ Ом.
Экспериментальные и расчетные данные представлены в табл. 2П.
Сопротивление проводов катушки, измеренное электронным вольтметром:
Rм  ____ Ом.
Дополнительное сопротивление, измеренное электронным вольтметром:
R3  ____ Ом.
Значение напряжения на дополнительном сопротивлении R3  I 0 =____ В.
Таблица 2П
При увеличении напряжения
U R3 ,В
I
R3  I 0
0
U R3
R3
0
мA
U,В
0
При уменьшении напряжения
U R3 ,В
I
0
U R3
R3
0
мA
U,В
0
R
U 0
=
I 0
Ом.
4
Зависимость U L ( I ) (используя данные Таблицы 1).
0
I , мA
0
U RL , В
0
I  R, В
0
UL , В
Графики зависимостей U L ( I ) , U C ( I ) , U ( I ) .
Работу выполнили: ___________________________
Работу проверил: ____________________________
5
Методические указания
Рис.1
Графики зависимости U (I ) показан на рис. 1.Участок ab кривой
U (I ) обладает отрицательным дифференциальным сопротивлением и
поэтому является неустойчивым. При изменении входного напряжения
возникают скачкообразные изменения тока (на рис. 1 от a к с и от b к d). Режим
феррорезонанса соответствует точке b кривой U (I ) . В этом режиме входное
сопротивление цепи активное R 
U 0
.
I 0
6