BUDAPESTI MŰSZAKI ÉS GAZDASÁGTUDOMÁNYI EGYETEM VILLAMOSMÉRNÖKI ÉS INFORMATIKAI KAR VILLAMOS ENERGETIKA TANSZÉK Mérési útutató Az önindukciós és kölcsönös indukciós tényező eghatározása Az Elektrotechnika c. tárgy 7. sz. laboratóriui gyakorlatához A érési gyakorlat célja: az önindukciós és kölcsönös indukciós tényező vizsgálata, érése, száítása. Traszforátor helyettesítő áraköri paraétereinek eghatározása érési adatokból. Szükséges iseretek: a ágneses térről, az ön- és kölcsönös indukció jelenségéről és a transzforátorról az előadáson elhangzottak. A felhasznált eszközök: - tápforrás /4/6/8///4 V és 6/ V ~ feszültség kienettel, - váltakozó feszültségű változtatható tápegység, - tekercsek, - vasag, - feszültség-, ára- és teljesítény érő űszerek. Megjegyzés: A V egyen-, a V ~ váltakozó feszültséget jelöl. Mérési feladatok: Szolenoid tekercs áraának érése különböző ágneses körök esetén, az önindukciós tényező eghatározása. Csatolt tekercs feszültségének érése, a kölcsönös indukciós tényező eghatározása. Transzforátor helyettesítő áraköri paraétereinek száítása.. Szolenoid tekercs áraának érése különböző ágneses körök esetén, az önindukciós tényező eghatározása Eléleti áttekintés Egy tekercs áraának nagysága állandósult állapotban attól is függ, hogy egyen vagy váltakozó feszültségű tápforrásra kapcsoljuk, ez az önindukció jelenségével agyarázható. A jelenség lehetőséget ad a tekercs áraköri paraétereinek eghatározására. Mivel egyenára di() t esetén az ára változása, így az önindukciós feszültség is zérus, a tekercs áraát dt csak az ohos ellenállás korlátozza. Feladatok - Mérjük eg a tekercs áraát a) U 6 V egyenfeszültségről és b) U 6 V ~ váltakozó feszültségről táplálva, - teljesen zárt vasaggal,
- légréses U vasaggal réz betétekkel, - U vasaggal járo nélkül, - I vasaggal, - vasag nélkül. - Száítsuk ki a tekercs áraköri paraétereit soros odell (R-L kétpólus) feltételezésével. - Magyarázzuk eg, hogy a vasaggal és vasag nélkül végzett érések eredénye ikor és iért egyezik eg, ikor és iért tér el egyástól? - Állapítsuk eg, hogy vasentes állapotban ekkora hibát okoz a érési eredényhez viszonyítva, ha a tekercs induktivitását a szolenoid képlettel száoljuk? A érési eredények rögzítésére javasolt táblázat (a tekercs áraa A-ban): táplálás egyen feszültség váltakozó feszültség tekercs zárt vasaggal légréses U vassal járo nélkül I vasaggal vasag nélkül. Csatolt tekercs feszültségének érése, a kölcsönös indukciós tényező eghatározása különböző ágneses körök esetén, az önindukciós tényező eghatározása Eléleti áttekintés Ha a szekunder körben ne folyik ára (i ), akkor a csatolt (szekunder) tekercs kapcsain érhető U feszültség egegyezik az U i indukált feszültséggel. Ha az ára szinusz függvény szerint változik i (t)i sinωt, akkor a szekunder tekercs indukált feszültsége: dψ () t d ( t) di ( t) ( ) u () t M di t ψ I Mωcos ωt, dt di t dt dt () A ágneses kölcsönhatás értékét a csatolási tényező fejezi ki. Az. tekercs k csatolási tényezője úgy értelezhető, hogy az i ára által az. tekercsben létrehozott fluxusnak ekkora része kapcsolódik a. tekerccsel k. (i esetén + s.) Mivel a érési összeállításban csak az. tekercset gerjesztjük és a két tekercs enetszáa egegyezik, N N N, Ψ N Ψ I M k, N Ψ Ψ L I vagyis a k csatolási tényező a kölcsönös induktivitás és az öninduktivitás hányadosa. A szórási tényező a csatolásban ne részes fluxus-koponens arányát fejezi ki. Esetünkben az. tekercs σ szórási tényezője: σ s s k.
Feladatok Mérjük eg a szekunder tekercs feszültségét az önindukciós érésnél alkalazott különböző ágneses elrendezéseknél, a prier tekercset U V ~ váltakozó feszültségről táplálva - teljesen zárt vasaggal, - légréses U vasaggal réz betétekkel, - U vasaggal járo nélkül, - I vasaggal (a prier és/vagy a szekunder tekercsben), - vasag nélkül. Száítsuk ki a kölcsönös indukciós tényezőt, a k csatolási és a σ szórási tényezőt az egyes változatokra, értelezzük az eredények eltérését. Figyeljük eg, hogy két tekercs geoetriai elhelyezkedése ilyen ódon befolyásolja a ágneses csatolást? 3. Jobbenetű, balenetű és bifiláris tekercs vizsgálata Az előadáson egisert definíciónak egfelelően az eltérések kiutatása, az egyes tekercsek azonosítása. 4. Transzforátor helyettesítő árakör eleeinek száítása Traszforátor helyettesítő áraköri paraétereinek eghatározása éréssel A paraétereket két éréssel, egy üresjárási és egy rövidzárási érés eredényeiből száíthatjuk ki. Üresjárási érés Üresjársban I I, R v -hez és X -hez képest R és X s elhanyagolható, ezért a hatásos teljesítény közelítően egegyezik a vasveszteséggel (az R v ellenállás veszteségi teljesítényével), a eddő teljesítény közelítően egegyezik a váltakozó főező fenntartáshoz szükséges teljesíténnyel (az X reaktancia teljesítényével). I A W R X s X s R I U V I I v U U X R v V A transzforátor üresjárási érése az elhanyagolás jelölésével A W wattérő kitérése a prier hatásos teljesíténnyel P U I cosϕ -al arányos. A V voltérő az U prier oldali feszültséget éri, ai egegyezik a wattérő feszültségtekercsére jutó feszültséggel. Az A aperérő utatja az I prier áraot, az A wattérő áratekercsén átfolyó áraot. Az U feszültség a szekunder kapcsokon közvetlenül érhető a V voltérővel, U U. Az üresjárási látszólagos teljesítény S U I, a eddő teljesítény Q S P. 3
a vasveszteséget reprezentáló ellenállás R v U P, az áthidaló ág reaktanciája X U Q, az üresjárási teljesíténytényező cosϕ P S. Rövidzárási érés A szekunder kapcsok rövidzárása következtében az áthidaló ágra jutó U z feszültség egegyezik az R X s ág feszültségével, ai csak töredéke a névleges U feszültségnek. Ezért az áthidaló ág elhanyagolható. I z A W R X s X s R U z V X R v A transzforátor rövidzárási érése az elhanyagolás jelölésével Az elhanyagolásnak egfelelően az I z rövidzárási ára az R X s X s R ágon folyik. Feltételezzük, hogy R R és X s X s. A rövidzárási látszólagos teljesítény S z U z I z, a eddő teljesítény Qz Sz P z. Pz Qz a tekercsek ellenállása R R, a tekercsek szórási reaktanciája Xs Xs, az Iz Iz Pz üresjárási teljesíténytényező cosϕ z. S z A ágneses sönt hatása A ágneses tér útját jó ágneses vezetőképességű (nagy pereabilitású) anyagból készített szerkezeti eleekkel terelik a kívánatos irányba, a tér előírt részébe, például a prier tekercs felől a szekunder tekercs felé. Bizonyos szabályozási feladatoknál szükség lehet a ágneses tér ódosítására, a ágneses fluxus útjának elterelésére. Ezt a célt szolgálja a ágneses sönt. I I U U U U Φ Φ s Φ s Φ Φ Φ ágneses sönt A ágneses sönt hatása a tér eloszlására 4
A prier tekercs által létrehozott ágneses tér egy részének elterelésével azonos prier ára (gerjesztés) és fluxus Φ ellett csökken a szekunder tekerccsel kapcsolódó Φ fluxus részaránya, nő a Φ s szórás. A ágneses sönt terészetesen a szekunder tekercs által létrehozott tér egy részét is eltereli annak gerjesztése esetén. A helyettesítő árakörben a ágneses sönt a szórási reaktancia növekedését okozza, ainek hatására növekszik az IX s feszültségesés és a szekunder feszültség ára-függése. Ezt a hatást használják ki a hegesztő transzforátoroknál az ívára szabályozására. Feladatok Állítsuk össze az : áttételű transzforátort - Végezzük el az üresjárási érést U 3 V tápfeszültsggel, száítsuk ki az áthidaló ág paraétereit és az üresjárási teljesíténytényezőt. Rajzoljuk fel az üresjárási fázorábrát. - Végezzük el a rövidzárási érést I z,5 A áranál, száítsuk ki a soros eleek paraétereit és a rövidzárási teljesíténytényezőt. Rajzoljuk fel a rövidzárási fázorábrát. A éréseket isételjük eg a ágneses sönt beillesztése után. Ellenőrző kérdések. Milyen áraköri eleekkel helyettesíthető egy tekercs, ilyen éréssel határozható eg a soros kapcsolású odell eleeinek értéke?. Milyen hatása van a vasagnak és a légrés nagyságának egy szolenoid tekercs induktivitására? 3. Lenz törvénye alapján ilyen hatása van az indukált feszültség által létrehozott áraoknak? 4. A csatolt tekercsek eredő ágneses terét ilyen koponensekre bonthatjuk? Mely koponensekhez kapcsolódik az ön- és a kölcsönös induktivitás fogala? 5. Milyen hatása van a vasagnak és a légrés nagyságának a csatolt tekercsek ágneses kapcsolatára? 6. Hogyan hat a ágneses térre a tekercselés enetiránya? 7. Mi jellezi egy tekercs bifiláris kialakítását? 8. Hogyan határozzák eg a transzforátor helyettesítő árakörének paraétereit? 9. Mi a ágneses sönt szerepe és ilyen hatása van a transzforátor űködésére? 8. noveber Összeállította: Dr. Kádár István Hruska Olivér Oltványi László Villaos Energetika Tanszék 5