Домашняя подготовка к работе

Для получения допуска к лабораторной работе необходимо:

– ознакомиться с теоретической частью работы;

– рассчитать напряженность магнитного поля на оси катушки в пяти точках Х = 0, 20, 40, 60, 80 мм при амплитудном значении тока I_m = ∙ 4 = 5,6 А. Размеры катушки d_ср = 33 мм, l = 133 мм, число витков W = 270;

– по расчетным данным построить график зависимости напряженности магнитного поля вдоль оси катушки (см. рис. 3);

– рассчитать напряженность магнитного поля Н_i во внутренней области цилиндрического медного экрана (в точке Х = 0, размеры и параметры экрана приведены в разделе 2.2. данного методического указания), используя формулу (2). Значение внешнего поля экрана Н_а рассчитать по формуле (1) для i = I_m = 5,6 A, W = 270 при Х = 0. Расчет Н_i по формуле (2), в которую входят гиперболические функции комплексного аргумента, осуществлять с применением программы MathCаd 11. Пример расчета с применением этой программы приведен в Приложении 1;

– аналогично рассчитать Н_i стального экрана при том же значении тока;

– объяснить почему стальной экран сильнее экранирует внешнее поле Н_а, создаваемой катушкой

Рабочее задание и порядок выполнения работы

5.1. Ознакомиться с цифровым прибором измерения магнитной индукции – миллитесламетром, с работой его в режиме измерения среднего за период значения и режиме измерения амплитудного значения, единицы измерения и пределы измерения, а также с методикой вычисления по среднему значению индукции (при синусоидальном токе катушки) амплитудного значения индукции (В_т = 1,11 ∙ В_ср), а также каким образом определить значение напряженности магнитного поля по измеренному значению индукции в данной точке, используя международную систему единиц измерения: Н(А/М) = В(Тл) / µ₀ (Гн/м), µ₀ = 4π ∙ 10^-7 Гн/м.

5.2. Измерить магнитную индукцию на оси катушки в точках Х = 0, 20, 40, 60, 80 мм при действующем значении тока катушки равном 4 А (I_m = ∙ 4 = 5,6 А). По измеренным данным вычислить напряженность магнитного поля в этих точках и построить на расчетном графике экспериментальную кривую.

5.3. Рассчитать магнитодвижущую силу (МДС), создаваемую катушкой без экрана по всей длине ее на осевой линии путем измерения магнитной индукции в четырех точках Х = 0, 20, 40, 60 мм.

Пояснение к вычислению МДС на оси катушки. МДС на длине катушки можно определить по формуле

,

где – амплитудное значение МДС на всей длине катушки;

м;

µ₀ = 4π ∙ 10^-7 Гн/м;

– амплитудные значения индукции в точках 0, 20, 40, 60 мм (определяются по измеренным средним значениям индукции путем умножения на коэффициент 1,11).

Сопоставить полученное значение МДС с суммарным значением МДС катушки, равной I_m ∙ W = 5,6 А ∙ 270 витков = 1512 А. При достоверных измерениях близко к I_m ∙ W.

5.4. Ознакомиться с инструкцией по использованию виртуального осциллографа 6 (см. рис. 5) для записи сигналов, на входы которого Вх1 и Вх2 поступает сигнал тока в виде падения напряжения на измерительном сопротивлении, равном u_вх2 = i ∙ R_изм (R_изм = 0,1 Ом), и сигнал напряжения, пропорционального временной форме кривой индукции в точке, в которой находится чувствительный элемент – датчик Холла.

5.5. Записать сигналы, поступающие на входы Вх1 и Вх2 для медного экрана, при этом установить действующее значение тока I = 4 А по показаниям цифрового амперметра 5 путем изменения положения движка реостата R_рег.

5.6. Аналогично записать сигналы для стального экрана.

Контрольные вопросы

1. Какова цель данной работы?

2. Объяснить, почему в длинной катушке основная часть МДС катушки сосредоточена внутри катушки на ее длине.

3. Почему стальной экран во много раз сильнее экранирует внешнее поле по сравнению с медным экраном?

4. Увеличиться или уменьшится отношение Н_а / Н_i при увеличении частоты тока, возбуждающего внешнее поле Н_а?

5. Совпадают ли по фазе ток катушки и индукция магнитного поля в экранированной области. Если нет, то почему?

Содержание отчета

1. Изложить цель работы и дать разъяснения формулам расчета напряженности магнитного поля катушки и магнитного поля в экранированной области.

2. Привести результаты расчета магнитного поля катушки и представить кривую распределения напряженности магнитного поля по оси катушки без экранов (см. рис. 3).

3. Представить результаты расчета по п. 5.3.

4. Представить записанные сигналы по п. 5.5. и 5.6.

5. Объяснить причину сдвига по фазе сигналов тока и индукции.

6. Включить в отчет ответы на контрольные вопросы.

Библиографический список

1. Бессонов Л. А. Теоретические основы электротехники. Электромагнитное поле. Учебник – 9-е изд. перераб. и доп. – М.: Гардарики, 2001. – 317 с.: ил. с. 129-132.

2. Каден Г. Электромагнитные экраны. Перевод с немецкого канд. техн. наук В. М. Лаврова. Государственное энергетическое издательство, М. Л.: 1957.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 2