Принципы радиоизмерений Исследование стабилизированного выпрямителя Исследование усилительных каскадов Расчет трехфазной цепи Исследование нелинейных цепей постоянного тока Исследование электрических фильтров

Лабораторные работы по электронике и электротехнике

Лабораторная работа 23

Исследование магнитного поля машины постоянного тока методом моделирования электрическим полем

Цель работы – экспериментальное построение и исследование картины магнитного поля в воздушном зазоре между полюсом и якорем и между двумя соседними полюсами машины постоянного тока на модели электрического поля постоянного тока в плоском проводящем листе.

1. Пояснения к работе

Электрическое моделирование различных потенциальных полей в сплошной проводящей среде основано на том, что распределение потенциалов в электрическом поле постоянного тока проводящей среды и в указанных полях описывается уравнением Лапласа. В настоящее время электрическое моделирование применяется в электротехнике, теории упругости, теплотехнике, гидромеханике и т.д.

Магнитное поле машины постоянного тока в областях, не занятых токами, является двухмерным, плоскопараллельным, потенциальным и может быть смоделировано на плоском проводящем листе. При моделировании должно быть соблюдено точное подобие областей исследуемого поля и поля в проводящей среде, а также выполнены требуемые граничные условия.

На рис. 23.1,а показано поперечное сечение машины постоянного тока, а на рис. 23.1,б изображен плоский проводящий лист для моделирования магнитного поля машины в воздушном зазоре между полюсом и якорем и между двумя соседними полюсами.

Так как магнитная проницаемость электротехнической стали гораздо больше, чем воздуха, то для полюса, ярма и якоря машины можно принять . Тогда линии ,  будут представлять собой линии равного магнитного потенциала, так как силовые линии магнитного поля, выходящие из полюса машины, перпендикулярны к указанным линиям. Линия  также является линией равного магнитного потенциала, так как линии потока рассеяния, замыкающиеся на соседнем южном полюсе, в пространстве между полюсами пересекают линию  под прямым углом.

Разность магнитных потенциалов между линиями  и равна магнитодвижущей силе , создаваемой одним полюсом (- ток обмотки возбуждения с числом витков ). Магнитным сопротивлением пути потока в стальных деталях машины следует пренебречь, из-за бесконечно большого значения магнитной проницаемости стали.


Вдоль линии   магнитный потенциал в воздухе изменяется на величину магнитодвижущей силы , развиваемой обмоткой возбуждения полюса машины. При равномерном распределении витков катушек вдоль сердечника полюса указанная МДС также распределится равномерно вдоль линии . При этом магнитный потенциал будет изменятся вдоль линии  по линейному закону. Так как линия  не является линией равного потенциала, то к ней силовые линии не должны подходить под прямым углом.

В рассматриваемой работе применяется стальной лист из однородного материала, электрическое поле которого является обращенным по отношению к магнитному полю машины.

Линии  и  равного магнитного потенциала машины (рис.23.1) на модели (рис.23.2) представляют собой линии тока, силовая линия магнитного поля является линией равного электрического потенциала модели.


Линии тока в модели совпадают по направлению с линиями напряженности электрического поля () и эти линии должны пересекаться с линиями равного электрического потенциала под прямым углом (), образуя семейство ортогональных кривых, расчленяющих поле на систему подобных криволинейных прямоугольников.

Ток, поступающий из сети в лист по линии  (рис.23.2) и выходящий из листа по линии , соответствует линейному изменению магнитного потенциала вдоль линий  и  машины постоянного тока. При этом линиям тока в листе соответствуют линии равного магнитного потенциала в машине, а линиям равного электрического потенциала в листе – линии напряженности магнитного поля в машине.

Равномерное распределение тока вдоль линии  достигается благодаря латунной полоска, припаянной к листу. На этой полоске расположен зажим . Равномерное распределение тока вдоль линии , соответствующее равномерному распределению магнитодвижущей силы по высоте сердечника полюса, достигается при помощи реостатов ,  и , которые присоединены к зажимам, припаянным к листу по линии .

Построение картины электрического поля плоского проводящего листа производится по методике, изложенной в работе 22 настоящего руководства. Заменяя линии равного электрического потенциала пластины линиями напряженности   магнитного поля и линии тока пластины линиями равного магнитного потенциала, получим картину магнитного поля машины. По ней можно определить магнитную проводимость  воздушного зазора между полюсом и якорем и коэффициент рассеяния  обмотки возбуждения машины.

  (1.1)

где:  - абсолютная магнитная проницаемость вакуума
(магнитная постоянная);

  - длина полюса вдоль оси якоря;

  - ширина трубки магнитного потока (расстояние между двумя смежными линиями напряженности магнитного поля);

  - длина криволинейного прямоугольника в направлении трубки магнитного потока (расстояние между двумя смежными линиями равного магнитного потенциала);

  - число трубок магнитного потока между полюсами и якорем;

   - число криволинейных квадратов в одной трубке магнитного потока.

Трубки магнитного потока начинаются на линии  и заканчиваются на линии  (трубка ограничена двумя смежными линиями напряженности магнитного поля):

  (1.2)

где:  - магнитный поток рассеяния машины;

  - рабочий магнитный поток;

  - число трубок магнитного потока, примыкающих к линии ;

* - число трубок магнитного потока, примыкающих к линии  
(между полюсом и якорем).

2. Порядок выполнения работы

2.1. Собрать схему соединений (рис.23.2) и установить ток в плоском проводящем листе порядка 2-2,5 А. С помощью реостатов ,  и  добиться равномерного распределения токов по линии .

2.2. На поверхности стального листа карандашом или мелом нанести линии равного электрического потенциала, которые эквивалентны линиям напряженности магнитного поля машины. Приращение потенциала между соседними линиями должно быть одно и то же, что соответствует разделению картины магнитного поля на трубки равного магнитного потока. Эквивалентные линии нанести с интервалом в 5 делений гальванометра.

2.3. Картину линий напряженности магнитного поля перенести на кальку или лист клетчатой бумаги и дополнить её картиной линий равного магнитного потенциала. Построение последних производится графически с соблюдением следующих условий:

силовые линии и линии равного магнитного потенциала везде должны пересекаться под прямым углом, образуя подобные криволинейные прямоугольника или квадраты;

силовые линии перпендикулярны к линиям  и . Следовательно, эти линии являются линиями равного потенциала

2.4. По графической картине магнитного поля машины определить её магнитную проницаемость  в воздушном зазоре между полюсом и якорем.

2.5. Используя картину магнитного поля, вычислить коэффициент рассеяния   обмотки возбуждения машины.

3. Вопросы для самопроверки

3.1. Какие условия должны быть выполнены при создании проводящей модели магнитного поля машины постоянного тока?

3.2. Для чего припаяна латунная полоска по линии  плоского проводящего листа?

3.3. При каких условиях магнитные силовые линии направлены перпендикулярно к поверхности ферромагнитного материала?

3.4. Как направлены магнитные силовые линии к поверхности обмотки возбуждения машины постоянного тока?

3.5. Каким образом производится построение картины магнитного поля в воздушном зазоре машины? Какие условия должны быть выполнены при этом построении?

3.6. Как найти магнитную проводимость воздушного зазора машины по графической картине магнитного поля?

ЛИТЕРАТУРА

1. Рибалко М.П., Есауленко В.О., Костенко В.І. Теоретичні основи електротехніки: Лінійні електричні кола: Підручник. – Донецьк: Новий світ, 2003. – 513 с.

2. Зевеке Г.В., Ионкин П.А., Нетушил А.В., Страхов С.В. Основы теории цепей. – М.: Энергоатомиздат, 1989. – 528 с.

3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи – М.:Гардарика, 1999. – 637 с. 

4. Нейман Л.Р., Демирчан К.С. Теоретические основы электротехники: В 2 ч. - Л.: Энергоиздат. 1981. – Т.1 – 536 с.; Т.2 – 416 с.

5. Атабеков Г.И., Тимофеев А.В., Хухриков С.С. Теоретические основы электротехники: В 2 ч. – М.: Энергия, 1978. – Ч.1. Линейные электрические цепи. – 592 с.

Частичные емкости в системе проводников Цель работы – экспериментальное определение коэффициентов электростатической индукции и частичных емкостей трехжильного кабеля со свинцовой оболочкой.

Исследование распределения постоянного тока в плоском проводящем листе Цель работы – экспериментальное построенное графической картины поля постоянного тока в плоском проводящем листе.


Исследование выпрямителя однофазного и трехфазного токов