ZADÁNÍ: 1) U daného síťového transformátoru vyhodnoťte osciloskopickou metodou ze zobrazení hysterezní smyčky hlavní magnetické vlastnosti jádra - HMAX,H0,Br při BMAX = 1T. 2) Ze zjištěného průběhu hysterezní smyčky určete výpočtem ztrátové číslo transformátorových plechů, z nichž je jádro transformátoru sestaveno. 3) U téhož jádra změřte a nakreslete komutační křivku.
ÚVOD: Pro vyhodnocení vlastností magnetického obvodu je potřebné určit hysterezní smyčku daného magnetického materiálu, z něhož se magnetický obvod skládá.Tuto hysterezní smyčku nelze změřit přímým měřením, nýbrž převodem magnetických veličin na odpovídající hodnoty elektrické. Toto umožňuje metoda osciloskopická. Metoda osciloskopická spočívá v tom , že se vytvoří pomocnými obvody dvě střídavá napětí , z nichž jedno je úměrné intenzitě magnetického pole H , druhé je úměrné magnetické indukci B v jádře měřeného transformátoru. Současným působením obou napětí na příslušné vychylovací systémy osciloskopu se zobrazí hysterezní smyčka na stínítku osciloskopu.Napětí úměrné magnetické intenzitě H přivedeme na horizontální vstup osciloskopu X a napětí úměrné magnetické indukci B přivedeme na vertikální vstup osciloskopu Y. Do obvodu primárního vinutí transformátoru zařadíme malý pomocný odpor.Napětí na něm je úměrné proudu I1 a v daném uspořádání obvodu je tedy úměrné i intenzitě magnetického pole H - přivedeme ho na vstup X osciloskopu.
SCHÉMA:
1
POPIS MĚŘENÍ: 1) Nastavení citlivosti osciloskopu , zjištění měřítek na osách. Pro zjištění měřítek zvolíme hodnoty B a H a jim odpovídající výchylky paprsku na osciloskopu : BMAX= 1 T --> 25 mm H = 200 A/m --> 10 mm
Pak při odpojených vstupech na osciloskopu umístíme světelný bod přímo do středu obrazovky. Na vstup X připojíme napětí z odporu Rp a proud jím tekoucí nastavíme regulačním transformátorem na vypočtenou hodnotu I1. Potenciometrem citlivosti horizontálního zesilovače nastavíme délku stopy paprsku na obrazovce přesně na 20 mm ( střídavé napětí - 2 x 10 mm na obě strany ). Vstup X odpojíme a nastavíme citlivost vertikálního zesilovače tak , aby vypočtené U3 způsobilo výchylku světelného bodu přesně 25 mm. Tím jsme zjistili zvolená měřítka : pro osu H: 1 mm = 20 A/m , pro osu B: 1 mm = 0,04 T 2) Obvod zapojíme podle schématu, na stínítku se objeví hysterezní smyčka. Regulačním transformátorem TR nastavíme maximální hodnotu magnetické indukce B = 1T (výška obrázku je tedy přesně 50 mm). Hysterezní smyčku přeneseme pečlivě pomocí osmi bodů ve zvětšeném měřítku na milimetrový papír (2:1). 3) Ztrátové číslo použitých transformátorových plechů lze určit planimetrováním plochy hysterezní smyčky nebo výpočtem podle empirického vzorce 4) Komutační křivku zjistíme jako spojnici vrcholů hysterezních smyček pro různá sycení jádra transformátoru.
NAMĚŘENÉ A VYPOČTENÉ VÝSLEDKY: 1) Před vlastním měřením je potřeba nakalibrovat osciloskop. Kalibrovací hodnoty pro měření zjistíme matematicky, pomocí následujících vztahů: U3 =
B Max • S FE • N 2 R•C
I1 =
H Max • l stř 1,41 • N 1
Určíme si maximální indukci Bmax a maximální intenzitu Hmax magnetického pole. Další hodnoty (lstř, N1, N2, SFE) zjistíme z měřeného transformátoru. Zjitíme si také hodnoty použitých součástek R a C. Vše dosadíme do vztahu: U3 = I1 =
B Max • S FE R•C
•
N2
=
1 • 10,2 ⋅ 10 -4 • 200 ≅ 0.5V 100 ⋅ 10 3 • 4 ⋅ 10 − 6
H Max • l stř 200 • 0.178 = ≅ 25mA 1,41 • N 1 1.41 • 1000
2
Nyní známe vše pro kalibraci osciloskopu – nastavení viz. Popis měření – 1) Kalibrací jsme si určili následující vlastnosti: H: 1 mm = 20 A/m , pro osu B: 1 mm = 0,04T 2) Naměřené hodnoty (pro zhotovení hysterezní smyčky) jsou v tabulce č. 1:
Bod č. X[mm] Y[mm] H[A/m] B[T]
1 -4 0 -80 0
2 0 6 0 0,24
Tabulka č. 1 3 4 3 18 12,5 21,5 60 360 0,5 0,86
5 40 25 800 1
6 22 21,5 440 0,86
7 9 12,5 180 0,5
8 4 0 80 0
Příklad výpočtu (pro bod č. 3): H = 20*3 = 60 A/m B = 0,04*12,5 = 0,5 T Jelikož je graf hysterezní smyčky transformátoru středově souměrný, není zapotřebí dalších hodnot. 3) Naměřené hodnoty (pro zhotovení komutační křivky) jsou v tabulce č. 2:
X[mm] Y[mm] H[A/m] B[T]
0 4,5 9 0 8 14 0 90 180 0 0,32 0,56
Tabulka č. 2 13 18 22 26 31 36 40 17 19 21 22 23,5 24 25 260 360 440 520 620 720 800 0,68 0,76 0,84 0,88 0,94 0,96 1
Příklad výpočtu: H = 20*4,5 = 90 A/m B = 0,04*8 = 0,32 T 4) Nyní známe vše pro výpočet ztrátového čísla použitých transformátorových plechů:
(
)
π•f • Bmax • H 0 + 3 • H 30 + H 60 = 4•γ 3.14 • 50 Z= • 1 • 160 + 3 • 120 + 80 ≅ 2,25W/kg 4 • 7800 Z=
(
)
ZÁVĚR: Při měření jsme zpočátku špatně nakalibrovali osciloskop, proto neodpovídala hysterezní smyčka našim představám. Po opětovné kalibraci měření probíhalo již v pořádku. Pro zjištění magnetické indukce B jsme použili integrační článek, jehož výstupní napětí je přímo úměrné magnetické indukci.
3
Magnetické intenzitě H je přímo úměrný úbytek napětí na odporu Rp, jímž prochází střídavý proud do primáru transformátoru.
4
HYSTERZNÍ SMYČKA TRANSFORMÁTORU 1 0,8
B=f(H)
0,6 0,4
B[T]
0,2 0 -0,2 -0,4 -0,6 -0,8 -1 -800
-600
-400
-200
0
H[A/m]
5
200
400
600
800
KOMUTAČNÍ KŘIVKA TRANSFORMÁTORU 1
0,9
0,8
0,7
B=f(H)
B[T]
0,6
0,5
0,4
0,3
0,2
0,1
0 0
100
200
300
400
H[A/m]
6
500
600
700
800
900
