交直流磁系统磁通分布的研究.doc

实验五 交直流磁系统磁通分布的研究一、 实验目的了解交直流磁系统的磁通分布，掌握磁通的测量方法。二、 实验设备1、 双向刀闸（7#实验板） 1套2、直流磁通系统 （1#实验板） 1套3、数字万用表 1台 4、交流磁通系统（8#实验板） 1套5、直流可调单相电源面板 1套6、交流可调单相电源面板 1套7、数字磁通计 1台三、 背景知识1、直流磁路磁通测量方法及原理要直接测量恒定的直流磁路中的磁通数值是不可能的，但我们能够测量出磁通的变化值。这可利用接通或断开磁系统激磁线圈时磁通的变化来进行测量。我们知道磁通计能够测量出短暂时间内通过磁路中某一截面中磁通的增量，而无需知道磁通随时间变化的关系。这样要测量磁系统某一支路中的磁通，可在该处统一测量线圈。测量线圈的两端边接磁通计，当磁系统的激磁线圈接通电源时，磁路中产生了磁通，在测量线圈中就发生磁通变化，测量线圈就产生一个感应电势，使磁通计上有一定的电量通过，磁通计可根据所采集电信号。显示出磁通的数值，也就是通过这一支路的磁通量，同样在激磁线圈切断电源时，在测量线圈中也有了发生磁通变化，磁通计也是根据所采集电信号的大小，显示出磁通的数值，方向与接通电源时相反。这样要测量磁系统中各段的磁通分布情况，只在所测的位置上绕上测量线圈，测出该处的磁通，从而可得出磁通分布。实验时，一般使用双向刀闸先向“正”方向接通电源，读出磁通计的数值，然后断开电源，利用双向刀闸更换电源正负极，使双向刀闸合向“负方向。磁通先后变化两次。取两数值之和，除2，求平均值。这样做的目的就是为了减小剩磁和磁滞对磁通测量的影响。2、交流磁路磁通的测量方法交流磁路磁通的测量时利用电磁感应原理，在要测磁通的位置上绕一测量线圈。在这个线圈两端接上高内阻的电压表，当激磁线圈通电时，在磁路中产生交流磁通，这时测量线圈中就感应出一个电势，由测量出的这个电势数值E，即可算出磁通的大小。计算公式： E测量线圈的感应电势 N测量线圈的匝数,N=5匝f 电源频率f=50Hz m磁通的幅值3、交流电磁系统电磁吸力特性与分磁环如图1所示为交流电磁系统的吸力与反力特性图。由图1可知：吸力具有脉动性，其值在02Ff之间按两倍电源频率周期性变化。根据交流电磁系统电磁吸力的特点， 若不采取其它措施，则衔铁(动铁芯)以及触头将会在反力作用下，周期性抖动。危害有：产生噪声（100Hz）；零部件加速损坏；触头振动，电气磨损； 不能正常工作。为了消除上述危害，在磁极表面处安装一良好导电环(分磁环)，从而将磁极分成两部分：分磁环包围磁极表面(分磁环内部)；分磁环未包围磁极表面(分磁环外部)，如图2所示。 图1 交流电磁系统的吸力 图2 分磁环结构原理图由于分磁环在交变磁场中有涡流产生，即存在涡流损耗。由于分磁环内、外磁通的相位不同，所以分磁环内、外部分磁通所产生的电磁吸力过零时刻也不同。如果电磁系统及其分磁环设计合理，则可以使得作用在衔铁（或动铁芯）上的合成电磁吸力在任何时刻均大于反力。四、实验任务与实验步骤（一）、直流磁路磁通测量 直流磁通测试试品如图3所示，主要测量1-8点位置的磁通。接线原理图如图4所示。图3 直流磁通测试试品图4接线原理图1、衔铁闭合时磁通的测量（1）将直流电源DC110V处端子与7#实验板双向刀开关QK中间相连，双向刀开关QK另一端与1#实验板直流磁系统（试品）两接线柱相连。注意正负极。（2）按下SB31按钮接通直流电源，将电源调至220V（实验柜底下调压器，此项工作由实验指导教师完成）。（3）打开磁通计电源开关（背面），按下磁通计复位开关（每次测量前均要复位一次）。（4）将磁通计测量插头（红色）接通1#实验板上待测插孔1号端，黑色测量端口为公共端与1#实验板黑色公共端相连。（5）将7#实验板双向刀开关QK一侧接通并迅速读取磁通计上的数据（注：读数会随时间变化）；记录好读数。（6）复位磁通计，继续将7#实验板双向刀开关QK另一侧，重复步骤（5），将两次读数求取平均值，即可得到1点处的磁通值。（7）重复步骤（4）、（5）、（6）分别测量2、3、4、5、6、7、8点处的磁通值，并分别记录在下表1中。表1衔铁闭合状态时磁通测量端子号12345678正向值（mWb）反向值（mWb）平均值（mWb）2、衔铁打开状态时磁通测量 将非磁性垫片放置衔铁与铁芯之间，防止衔铁闭合。重复实验1中的（4）、（5）、（6）、（7）步骤，记录数据于下表2中。表2衔铁打开状态时磁通测量端子号12345678正向值（mWb）反向值（mWb）平均值（mWb）（二）、交流磁路磁通测量 交流磁通测试电路如图5所示：图5交流磁通测试电路接线图交流磁通测试点如图6所示，交流磁通测量一般工程上需要测量整个边柱磁通的大小，短路环内外两部分磁通大小。边柱磁通决定了磁系统的吸力。短路环（分磁环）内要产生一个与短路环外向位不同的磁通用于防止在电流过零时吸力为零而产生的振动。因此上述三处测量是工程设计的重要参数。图6交流磁通测试点示意图1、衔铁闭合时磁通的测量 （1）将可调单相交流电源0250V的L、N接线柱分别与交流磁通测试试品（8#实验板）的红、黑接线柱相连。 （2）将8#实验板上的衔铁与铁芯完全对齐，按下SB21绿色按钮，调节调压器（试验台上）将交流电压调至220V。（3）把数字万用表调节到交流2V的量程上，测量8#实验板上整边柱总磁通电势大小。（实验板上标有“总”的红色端子与公共端（黑色）与万用表测量端相连），并记录数值。（4）重复步骤3，同样测量分磁环内外电势大小并记录下表3中。 （5）将交流将至额定电压值得85%，即187V，重复（3）、（4）步骤，得到额定值85%的磁通分布，并记录下表4中。2、衔铁打开状态时磁通测量将衔铁与铁芯位置放1片非磁性垫片后上下对齐，重复闭合位置中测量步骤。得到衔铁打开状态时磁通测量，并记录下表3和4中。表3 交流220V测量结果内部磁通外部磁通总磁通E内内B内E外外B外E总总B总闭合打开-表4 交流187V测量结果内部磁通外部磁通总磁通E内内B内E外外B外E总总B总闭合打开-注：打开位置时，由于气隙较大，漏磁较大，线圈感抗较小，线圈电流很大，须迅速测量，否则时间长了容易烧毁线圈。五、实验报告：1、用表格列出实验数据2、绘出直流电