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 2fC _____ 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