p2.pdf
(
480 KB
)
Pobierz
Zespół Dydaktyczno-Naukowy Napędów Elektrycznych
Instytut Maszyn Roboczych Ciężkich PW
Laboratorium Elektrotechniki i Elektroniki
Ćwiczenie P2
Pomiar parametrów w obwodach magnetycznych
i łączach selsynowych.
Data wykonania ćwiczenia................................................................................
Data oddania sprawozdania...............................................................................
Data i ocena z zaliczenia sprawozdania ........................................................
Zespół wykonujący ćwiczenie:
Nazwisko i imię ocena dop. do ćw.
ocena końcowa
1.
.............................................................
......................
...........................
2.
.............................................................
......................
...........................
3.
.............................................................
......................
...........................
4.
.............................................................
......................
...........................
5.
.............................................................
......................
...........................
6.
.............................................................
......................
...........................
7.
.............................................................
......................
...........................
8.
.............................................................
......................
...........................
9.
.............................................................
......................
...........................
10. .............................................................
......................
...........................
Wydział SiMR PW
Rok ak. 20...../20.....
Semestr...............
Grupa.................
Warszawa 2003r.
Spis treści
1.
CEL I ZAKRES ĆWICZENIA. ................................................................................................................2
2.
WYBRANE ZAGADNIENIA DOTYCZĄCE POLA MAGNETYCZNEGO. .....................................2
2.1
K
RZYWA MAGNESOWANIA
,
H
ISTEREZA
. ...................................................................................... 3
2.2
O
BWODY MAGNETYCZNE
. ............................................................................................................ 4
2.3
O
BLICZANIE OBWODÓW MAGNETYCZNYCH
.................................................................................. 5
2.4
S
TRATY W OBWODACH MAGNETYCZNYCH
. .................................................................................. 6
2.5
P
ERMEAMETR
E
PSTEINA
............................................................................................................... 7
4.
WYBRANE ZAGADNIENIA DOTYCZĄCE SELSYNÓW. .................................................................8
4.1
B
UDOWA I ZASADA DZIAŁANIA SELSYNÓW
. ................................................................................. 9
4.2
L
ĄCZE SELSYNOWE WSKAŹNIKOWE
. .......................................................................................... 10
4.3
Ł
ĄCZA SELSYNOWE TRANSFORMATOROWE
. ............................................................................... 12
4.4
Ł
ĄCZA RÓŻNICOWE
. ................................................................................................................... 12
4.5
Z
ASTOSOWANIE SELSYNÓW
........................................................................................................ 13
5.
LITERATURA POMOCNICZA.............................................................................................................13
1.
Cel i zakres ćwiczenia.
Celem części pierwszej ćwiczenia jest utrwalenie wybranych zagadnień o obwodach
magnetycznych, m.in. wyznaczenie krzywej magnesowania za pomocą Permeametru
Epsteina, poznanie metody pomiaru stratności magnetycznej i możliwości wykorzystania
oscyloskopu jako charakterografu. Druga część ćwiczenia ma na celu zapoznanie się z
budową i zasadą działania selsynów jak również z możliwymi ich konfiguracjami i
zastosowaniami.
2.
Wybrane zagadnienia dotyczące pola magnetycznego.
Właściwości pola elektromagnetycznego są opisywane za pomocą układu równań
Maxwella (w postaci całkowej lub różniczkowej). Z równań tych wynikają podstawowe
właściwości pola magnetycznego:
- pole magnetyczne jest polem bezźródłowym (w przeciwieństwie do pola elektrycznego
nie istnieją ładunki magnetyczne, na których zaczynałyby się i kończyły linie pola
magnetycznego),
- przyczyną powodującą powstanie i istnienie pola magnetycznego jest ruch ładunków
elektrycznych (przepływ prądu elektrycznego).
W każdym punkcie przestrzeni, pole magnetyczne można określić za pomocą dwóch
wektorów: wektora natężenia pola magnetycznego H i wektora indukcji magnetycznej B. Pole
magnetyczne istniejące w ośrodku materialnym wygodnie jest opisywać za pomocą wektora
indukcji magnetycznej:
B
µ
=
H
Przy czym współczynnik proporcjonalności µ określa właściwości magnetyczne
ośrodka. Właściwości magnetyczne ośrodków materialnych określa się zwykle w odniesieniu
do właściwości magnetycznych próżni, czyli wartość magnetyczna względna µ
r
jest
odniesiona do przenikalności magnetycznej próżni µ
o
.
H
µ
−
7
µ
o
= π
4
10
,
µ =
r
m
µ
o
Wszystkie ośrodki można podzielić pod względem wartości podatności magnetycznej:
-
diamagnetyczne (woda, miedź sód, azot, hel, neon) powodują pewne osłabienie pola
magnetycznego w stosunku do pola jakie panowałoby, gdyby zamiast materiału
diamagnetycznego była w tym miejscu próżnia. Przenikalność względna magnetyczna
tych materiałów jest mniejsza od jedności.
-
paramagnetyczne (tlen, glin, metale ziem rzadkich) powodują pewne wzmocnienie pola
magnetycznego. Ich przenikalność magnetyczna względna jest większa od jedności.
-
ferromagnetyczne (żelazo, kobalt) powodują bardzo silne wzmocnienie pola
magnetycznego. Przenikalność magnetyczna względna ferro-magnetyków jest bardzo
duża i może osiągać wartość 10
6
.
2.1
Krzywa magnesowania, Histereza.
Pierwotna
krzywa
magnesowania
materiału
ferromagnetycznego
jest
to
charakterystyka indukcji magnetycznej B w funkcji natężenia pola magnetycznego H.
Rys. Pierwotne krzywe magnesowania 1- ciał dia- i paramagnetycznych, 2 - żeliwa, 3 - blachy krzemowej
Rys. Charakterystyka
µ
= f(H)
Przenikalność magnetyczna ferromagnetyków zmienia się w szerokich granicach. Od
niewielkiej wartości początkowej µ
p
wzrasta wraz ze wzrostem natężenia pola
magnetycznego, osiąga wartość maksymalną µ
m
, po czym szybko maleje.
Jeżeli materiał ferromagnetyczny umieścimy w zewnętrznym polu magnetycznym, to
po zaniku pola materiał zachowa pewną polaryzację magnetyczną. Zjawisko to nosi nazwę
magnetyzmu szczątkowego, a charakteryzującą go wartość indukcji magnetycznej B
r
nazywamy pozostałością magnetyczną lub remanencją. Pole magnetyczne narastające w
kierunku przeciwnym, przy pewnej wartości niweczy magnetyzm szczątkowy. Ta wartość
natężenia pola - H
c
potrzebna do otrzymania indukcji magnetycznej równej zeru, nosi nazwę
natężenia koercyjnego (koercji). Zmieniając natężenie pola magnetycznego między
maksymalnymi wartościami dodatnimi oraz ujemnymi powoduje się zmiany indukcji
magnetycznej zwane pętlą histerezy magnetycznej. Powierzchnia zawarta wewnątrz pętli
histerezy jest proporcjonalna do mocy zużywanej na przemagnesowywanie materiału zwanej
stratami na histerezę. Materiały ferromagnetyczne mające szeroką pętlę histerezy są
nazywane magnetycznie twardymi zaś te, które mają wąską pętle histerezy – magnetycznie
miękkimi. Materiały magnetycznie twarde (stopy Alnico, Alnisi, stal kobaltowa, stal
wolframowa) są używane do wytwarzania magnesów trwałych. Materiały magnetycznie
miękkie (stale, stopy kobaltowe) są stosowane do budowy rdzeni elektromagnesów,
transformatorów itd.
Rys. Pętla histerezy magnetycznej
2.2 Obwody magnetyczne.
Obwodem magnetycznym nazywamy zespół elementów zawierających odpowiednio
ukształtowane materiały ferromagnetyczne przeznaczone do skupienia pola w określonej
części przestrzeni. Rozróżnia się obwody złożone z materiałów magnetycznie miękkich,
stanowiących rdzeń dla uzwojeń przewodzących prąd, oraz obwody złożone z magnesów
trwałych.
Rys. Obwody magnetyczne: a) nierozgałęziony, b) rozgałęziony
Obwody magnetyczne są wykorzystywane w wielu konstrukcjach maszyn i aparatów
elektrycznych tj. prądnice i silniki elektryczne, transformatory, elektromagnesy itp.
Strumień magnetyczny w obwodzie magnetycznym jest wzbudzany siłą
magnetomotoryczną Θ. Siła ta jest odpowiednikiem siły elektromotorycznej w polu
elektrycznym, a wytwarzana jest przez pole magnetyczne magnesu trwałego lub wskutek
przepływu prądu elektrycznego. Jest ona proporcjonalna do natężenia prądu elektrycznego i
ilości zwojów z cewki wytwarzającej pole.
θ
Iz
Rys. Ilustracja odpowiednika prawa Ohma dla obwodów magnetycznych
Jeżeli na rdzeniu z materiału magnetycznie miękkiego wykonanym w kształcie
pierścienia toroidalnego z wyciętą szczeliną powietrzną nawiniemy równomiernie z zwojów
przewodu, przez który przepływa prąd I, to w obwodzie magnetycznym zostanie wytworzony
strumień magnetyczny. Przyjmując, że wytworzony strumień magnetyczny jest stały we
wszystkich przekrojach rdzenia oraz stosując prawo przepływu otrzymujemy:
Iz
Iz
φ
=
=
n
n
l
∑
∑
R
µ
k
µ
S
k
=
1
k
=
1
k
- prawo Ohma dla obwodów magnetycznych,przy czym
l
R
µ
=
,
µ
S
- wzór na reluktancję (opór magnetyczny).
Ze względu na analogię obwodów magnetycznych i elektrycznych, przy
rozpatrywaniu węzłów obwodu magnetycznego, stosuje się do strumieni magnetycznych
pierwsze prawo Kirchhoffa:
n
∑
=
φ
=
0
.
k
k
1
Do każdego obwodu magnetycznego stosuje się również i drugie prawo Kirchhoffa:
algebraiczna suma przepływów prądu, czyli ,,napięć magnetycznych", jest równa
algebraicznej sumie iloczynów reluktancji i strumieni magnetycznych:
l
n
()
( )
∑
∑
Iz
−
R
µ
.
m
k
=
1
m
=
1
Analogia między obwodami magnetycznymi i elektrycznymi jest tylko formalna gdyż
przepływ prądu w obwodzie elektrycznym, któremu towarzyszą straty energii na ciepło
Joule'a, jest zjawiskiem dynamicznym natomiast przepływ strumienia w obwodzie
magnetycznym, po ustaleniu się wartości strumienia, ma charakter statyczny.
2.3
Obliczanie obwodów magnetycznych.
Rys. Obwód magnetyczny nierozgałęziony i jego analog elektryczny
Gdy należy obliczyć przepływ wywołujący strumień o żądanej wartości należy:
-
obliczyć wartość indukcji magnetycznej w stali i w powietrzu:
Plik z chomika:
secoalit
Inne pliki z tego folderu:
p1.pdf
(653 KB)
p2.pdf
(480 KB)
p3.pdf
(333 KB)
Inne foldery tego chomika:
Sprawka SiMRowców
Zgłoś jeśli
naruszono regulamin