Феррорезонанс напряжений

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 14

ИССЛЕДОВАНИЕ ФЕРРОРЕЗОНАНСНЫХ ЯВЛЕНИЙ И
ФЕРРОМАГНИТНОГО СТАБИЛИЗАТОРА НАПРЯЖЕНИЯ

Цель работы: исследование цепи, содержащей катушку индуктивности со стальным сердечником и конденсатор при их последовательном соединении, ферромагнитного стабилизатора напряжения.

Общие сведения

В электрических цепях, содержащих нелинейные элементы, наблюдаются явления резкого (скачкообразного) перехода из одного состояния схемы в другое. Например, в последовательной цепи, содержащей нелинейную индуктивность и линейную емкость, наблюдается так называемый триггерный эффект в последовательной феррорезонансной цепи, который заключается в том, что при незначительном изменении напряжения на входе цепи резко ме­няется величина проходящего через нее тока. Это явление объясняется следующим образом: результирующая вольтамперная характеристика (ВАХ) всей цепи есть сумма вольтамперной характеристики нелинейной индуктивности, показанной на рис.1 и ВАХ линейной емкости (прямая на рис.2). Результат сложения этих ВАХ показан на рис.2 (напомним, что напряжения на емкости и индуктивности находятся в противофазе). Результирующая ВАХ имеет, как говорят, S- образный вид. Предположим, что напряжение источника медленно увеличивается, начиная с ну­левого значения. Точка, изображающей состояние схемы, будет яри этом проходить от нулевой точки через точку I к точке 2. Если теперь немного увеличить напряжение, то из точки 2 состояние схемы скачком должно перейти в точку 4, т.е. ток в цепи скачком увеличится от I₂ до I₄ и дальнейшее его увеличение будет происходить по участку 4-5 (см. рис. 2).

Феррорезонансном напряжений называют такой режим работы последовательней цепи с нелинейной индуктивностью и линейной ем­костью, при котором первая гармоника тока в цепи совпадет по фазе с напряжением источника. Такого состояния схемы можно достичь путем изменения напряжения или частоты питания или путем изменения емкости или характера индуктивности.

Феррорезонансные схемы часто используют для стабилизации напряжения. В основу стабилизации напряжения положено свойство, нелинейной индуктивности практически не изменять падения напряжения на ее зажимах при изменении проходящего через нее достаточно большого тока.

Подготовка к работе

1. Рассчитать и построить вольтамперную характеристику ли­нейного конденсатора для С = 6,5 мкФ.

2. Определить для этой величины емкости значение индуктивности, при которой возникает резонанс.

Порядок выполнения работы

Снятие вольтамперной характеристики катушки со стальным сердечником.

1. Собрать цепь по схеме рис.3 и получить разрешение на включение. Перед включением регулятор напряжения установить на нуль.

2. Изменяя напряжение источника от нуля до 240 В, измерить ток и напряжение в цепи. При токе до 0,6 А пользоваться амперметром с пределом измерения
1 А, а при токе более 0,6 А - амперметром с пределом 2 А. При напряжении до 75 В использовать вольтметр с пределом измерения 75 В, при нап­ряжении до 150 В - с пределом измерения 150 В, при напряжении до 240 В - с пределом измерения 300.В. Данные измере­ний записать в табл.1.

3. По данным табл.1 построить вольтамперную характеристику катушки. На этом же чертеже построить вольтамперную характеристику конденсатора
(С =6,5 мкФ) и результирующую вольтамперную характеристику цепи с последовательным соединением катушки со стальным сердечником и конденсатора.

Таблица 1

Феррорезонанс напряжений

1. Собрать цепь по схеме рис.4 и получить разрешение на включение. Перед включением регулятор напряжения установить на нуль. При проведении опыта емкость конденсатора должна быть постоянна и равна 6,5 мкФ. Предусмотреть вольтметр 75-300 В со свободными концами.

2. Изменяя напряжение на выходе регулятора от нуля до 240 В, а затем от 240 В до нуля, измерить ток, напряжение на ка­тушке, на конденсаторе, напряжение, подаваемое на схему. Данные измерений записать в табл.2.

Таблица 2

Перед тем как записать показания приборов после скачка, восстановить то напряжение, которое было непосредственно перед скачком. Показания приборов записывать непосредственно перед скачком и после при возрастании и убывании общего напряжения. До скачка пользоваться амперметром с пределом измерения 1 А, а после скачка к далее - ампермет­ром с пределом измерения 2 А. При напряжениях менее 75 В пользоваться вольтметром с пределом измерения 75 В, при напряжении до 150 В - пределом измерения 150 В, при напряжениях по 240 В - пределом измерения 300 В.

3. По данным табл. 2 построить следующие характеристики:

4. Сравнить характеристику с результирующей вольтамперной характеристикой, построенной по данным табл.3.