В.И. Нагай, А.С. Рыбников, Г.Н. Чмыхалов, П.А. Скляров
Исследование гальванического, индуктивного и емкостного влияния на устройства релейной защиты
Методические указания к лабораторным работам
Новочеркасск 2004
УДК 621.316.925 (075.8)
Рецензент: канд. техн. наук, доц. Сацук Е.И.
Нагай В.И., Рыбников А.С., Чмыхалов Г.Н., Скляров П.А.
Исследование гальванического, индуктивного и емкостного влияния на устройства релейной защиты: Методические указания к лабораторным работам/ Юж.-Рос. гос. техн. ун-т (НПИ). – Новочеркасск: ЮРГТУ, 2004. – 20 с.
Рассмотрены механизмы гальванического, индуктивного и емкостного влияния электрических цепей на устройства релейной защиты и автоматики
Методические указания предназначены для студентов специальности 21.04.00 «Релейная защита и автоматизация электроэнергетических систем», изучающих дисциплину «Элементы автоматических устройств».
УДК 621.316.925 (075.8)
© Южно-Российский государственный
технический университет, 2004
© Нагай В.И., Рыбников А.С., Чмыхалов Г.Н., Скляров П.А., 2004
Лабораторная работа №1
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГНИТНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ ПЛОСКОПАРАЛЛЕЛЬНОГО МАГНИТНОГО ПОЛЯ НА КАТУШКУ ИНДУКТИВНОСТИ
Цель работы
Исследование электромагнитного воздействия плоскопарал-лельного магнитного поля на катушку индуктивности.
Приборы и оборудование
Модель для исследования плоскопараллельных магнитных полей на основе колец Гельмгольца, генератор сигналов С-4392, мультиметр М-890F.
Пояснения к работе
Для создания однородных относительно слабых магнитных полей (до ~1600 А/м) широко используются системы катушек из соосных кольцеобразных или квадратных секций. Взаимное расположение, а также размеры секций и количество витков выбирают из условия однородности поля. Кроме аксиальной симметрии такие системы обладают обычно дополнительной симметрией относительно центральной плоскости (z = 0), так как составляются из симметричных пар секций.
Катушки Гельмгольца представляют систему из двух симметричных относительно плоскости z = 0 токовых витков, у которых расстояние между центрами витков по вертикали 2h равно радиусу витка R (рис.1.1). Вертикальная компонента поля в точке z на оси симметрии (r = 0) равна
| (1.1) |
В точке z = 0 получим
| (1.2) |
.
Катушки Гельмгольца, приведенные на рисунке 1, используются также для компенсации магнитного поля Земли (горизонтальной или вертикальной компоненты) в различных измерительных устройствах и электрофизических установках.
Рис. 1.1.
Содержание работы
В ходе выполнения работы подать сигнал частотой 1071 Гц, вырабатываемого генератором сигналов С-4392, на испытательную модель, содержащую, в качестве объекта испытаний, дроссель. Параметры испытуемого дросселя: W - количество витков, d – диаметр, мм, S=π∙r2 – площадь поперечного сечения, мм2. Радиус токовых колец R = 0,26 м, расстояние между кольцами h = R/2 = 0,26/2 = 0,13 м. Результаты измерений двух опытов свести в табл.1.1.
Таблица 1.1
| I1, A | U1, В | I2, A | U2, В | |
| Дроссель с ферритовым сердечником | ||||
| Дроссель без сердечника | ||||
| Ортогональное расположение дросселя |
Используя соотношение (1.2) произвести расчет напряженности магнитного поля колец Гельмгольца, результат сравнить с опытными данными.
Содержание отчета по лабораторной работе
Отчет по лабораторной работе должен содержать:
а) схему экспериментов;
б) результаты экспериментов;
в) краткое объяснение полученных результатов и основные выводы по результатам.
1.6. Контрольные вопросы
1. На основании проделанной работы объяснить, как повлияет изменение числа витков катушки на напряжение помехи, наводимое на ней.
2. Как повлияет на напряжение помехи наличие (отсутствие) ферритового сердечника в катушке?
3. Какие существуют меры по снижению помех, передаваемых за счет взаимных индуктивностей между контурами?
Лабораторная работа №2
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ ГАЛЬВАНИЧЕСКИХ СВЯЗЕЙ
Цель работы
Изучить влияние общего обратного провода на уровень помех в гальванически связанных электрических цепях.
Пояснения к работе
Рассмотрим два канала передачи информации связанных общим обратным проводом (рис.2.1, а). В каждом канале действуют ЭДС сигнала Е С1 и Е С2, которые через соответствующие сопротивления проводов каналов связи ZПР.1 и ZПР.2 связаны с сопротивлениями нагрузки ZН.1 и ZН.2, имеющими общую точку 0.
В этом случае из-за наличия общего сопротивления обратного провода ZПР.ОБ напряжения на нагрузках будут отличаться от истинного UC на определенную величину напряжения помехи UПОМ, т.е. UН = UC + UПОМ.
а)
| 
б)
|
Рис. 2.1.
Для устранения таких гальванических связей обратный провод, по возможности, должен иметь малое сопротивление или выполняться отдельно для каждого контура. Тогда даже при наличии гальванической связи между каналами (общая точка) взаимное влияние будет сведено к минимуму (рис. 2.1, б).
Для получения качественной и количественной оценки влияния обратного провода рассмотрим упрощенную схему механизма гальванической связи на примере схемы рис.2.2., в которой в первом канале действует один источник сигнала ЭДС ЕС1 с внутренним сопротивлением источника ZС.1. Во втором контуре сигнал отсутствует (ЕС2= 0 ), а его источник представлен своим внутренним сопротивлением ZС.2.
Тогда при наличии ЕС1 на сопротивлении нагрузки ZН.2 будет возникать напряжение помехи UПОМ, величина которой, в общем случае, зависит от соотношения параметров величин всех элементов данной схемы (ЕС1, ZПР, ZН, ZОБ.ПР).
Для упрощения анализа рассмотрим электрическую схему с активными сопротивлениями всех элементов, работающую от источника переменного напряжения ЕС. Обозначим ZС + ZПР = Z1 ≈ R1, ZН = RН, ZПР.ОБ = R0, тогда схема по рис.2.2, а примет вид, приведенный на рис.2.2, б. Примем положительное направление токов I1, I2, I0 в контурах.
Напряжение помехи на сопротивлении нагрузки RН.2
UПОМ = U0 = I2 ∙ RН.2 = U2.
Можно показать, что в этом случае
U2 =  ,
| (2.1) |
где RЭ1 = R1 + RН.1, RЭ2 = R2 + RН.2 – эквивалентные сопротивления независимых частей контуров.
Рассмотрим частный случай, когда сопротивления проводов обоих каналов одинаковы и равны сопротивлению обратного провода, т.е. RПР1 = RПР2 = = R0; RН1 = RН2 = RН. Тогда, пренебрегая внутренними сопротивлениями источников RС = 0 (RС << RП), можно показать, что
U2 = 
| (2.2) |
где RЭ = R0 + RН.
Таким образом, напряжение помехи будет определяться соотношением сопротивлений нагрузки и обратного провода RН=k ∙ R0 и тогда
U2 = 
| (1.3) |
а)
| 
б)
|
Рис. 2.3
Можно показать, что функция U2 = f(k) имеет максимум при
k = 
, т.е. максимальное значение помехи в данном частном случае будет U2 = 0,134∙ ЕС при RН/ R0 = = 1,73.