Microsoft Word - nisui5.doc

תמליל

1 ניסוי 5: מדידות בשנאי הספק מטרת הניסוי מדידת הפרמטרים של מעגל התמורה של השנאי. מדידת הפסדים בשנאי. מדידת אופייני העמסה ונצילות של שנאי ספרות Sith R.J., Circuit, Device and Syte, John Wiley (1976) Chapter 0 נספח לניסוי שאלות הכנה א. מהו יחס השנאה של שנאי? ב. כיצד תמדוד אותה? תאר והסבר סכימת תמורה של שנאי. א. מהו ניסוי ריקם? ב. אלו הפסדי שנאי מודדים בניסוי זה? ג. אלו פרמטרים של סכימת תמורה ניתן לחשב על פי תוצאות המדידה בניסוי ריקם? חזור על שאלה 3.3 עבור ניסוי קצר. כיצד מחשבים את הפרמטרים של סכימת התמורה על פי תוצאות ניסוי ריקם וקצר? מהי רוויה בשנאי? מצא מתוך סכימת התמורה ביטוי לאופיין העמסה, ) V, =f( כאשר השנאי מועמס בעומס אוהמי. הסבר מהו וריאק ומה ההבדל בינו לבין שנאי רגיל. מנה את ההבדלים בין שנאי בידוד לשנאי הספק **** הערה על הוריאק החד פאזי הוריאק הינו שנאי עצמי ניתן לשינוי. באופן פשטני ניתן להתייחס אליו כאל מחלק מתח השראתי (ראה איור 3.1 ). בחיבור תקני, הדק מספר 1 חובר למוליך הפאזה של ההזנה החשמלית והדק למוליך האפס (ניוטרל). טעות אנוש עלולה לגרום להיפוך חיבורים 1 ו- ובמצב זה המעגל המוזן מהוריאק נמצא במתח של [V]0. לכן, המנע ממגע במעגל הניזון מוריאק אפילו אם המוצא V o הינו 0. כדי למנוע את סכנת ההתחשמלות נוהגים לפעמים לחבר את הוריאק דרך שנאי בידוד. 1

2 איור 3.1: וריאק הציוד לניסוי וריאק 80V, 4A מדי מתח (זרם חילופין) V=DVM,V1=0[V] (קיים במעבדה) מדי זרם (זרם חילופין) A 1 =DVM (קיים במעבדה), [A]0.6= A וואטמטר Feedback, N604 ריאוסטט 0.5[A] R=800[Ω], שנאי הספק [V]5, 15[V]:8[V] שמונה חוטי בננה-בננה םי םי מהלך הניסוי 5. השנאי במעבדה מיועד לחיבור למקור מתח באחד משלושה דרכים: דרך כבל מהשנאי וריאק א. חיבור ישיר משני הדקי היציאה של הוריאק אל שתי קצוות הסליל הראשוני ב. דרך חיבור BNC למחולל אותות ג. בניסוי הזה נשתמש בשיטה א. או ב. ולחבר 5., בסעיף 5.1) 1 ו- בצד הראשוני (ראה איור יש לקצר בין הדקים עבור שיטה א. אמפרמטר\ בין הדקים אלה בסעיפים עבור שיטה ב. יש לחבר את מתח הכניסה להדקים ו- 4 בצד הראשוני (ראה איור 5.1) שהם חיבורי הסליל הראשוני. אמפרמטר\ יחובר\ו בטור עם חיבור זה בסעיפים מדידת התנגדות הליפופים בזרם ישר 5.1 בעזרת אוהמטר, מדוד את ההתנגדות של כל אחד מליפופי השנאי (סליל ראשוני ושני סלילים משניים) איור 5.1: סכמה של חיבורי השנאי לניסוי

3 5. מדידת יחס השנאה חבר את המעגל הנראה באיור מספר 5.. אפס את הווריאק וחבר אותו לחשמל. העלה בזהירות את מתח הוריאק עד קבלת מתח של 15V במוצא (נמדד בוולטמטר V) 1 ומדוד את המתח בכל אחד מליפופי הסליל המשני (נמדד בוולטמטר V). בין מדידה למדידה נתק את המעגל מהרשת. חבר את ליפופי הסליל המשני בטור ומדוד את המתח השקול; בחיבור נכון המתח השקול ישווה לסכום שני מתחי הסלילים. איור 5.: מדידת יחס השנאה 5.3 ניסוי ריקם חבר את המעגל לפי איור מספר 5.3 קבע את רגישות הוואטמטר למינימום (ערכים מכסימליים לזרם ומתח) 5.3. העלה את מתח הוריאק עד המתח הנקוב בראשוני של השנאי (15V) הגדל את רגישות הוואטמטר על פי קריאות הזרם והמתח רשום את קריאות הזרם, המתח וההספק איור 5.3: ניסוי ריקם (חיבור לפי דרך א.) 3

4 5.4 ניסוי קצר השתמש במעגל באיור 5.3 כאשר ליפוף הסליל המשני השקול מקוצר (הדקים ו- 3 מחוברים והדקים 1 ו- 4 מחוברים) ורגישות הוואטמטר במינימום 5.4. העלה באיטיות ובזהירות את מתח הוריאק עד אשר הזרם בסליל הראשוני ישווה לזרם הנומינלי 0.5A. שים לב שבניסוי קצר הזרם בסליל ראשוני יגיע לערכו הנומינלי במתח נמוך הגדל את רגישות הוואטמטר בהתאם לקריאות הזרם והמתח רשום את קריאות הזרם המתח וההספק. 5.5 קבלת אופייני העמסה ונצילות הרכב את המעגל לפי איור 5.4. חבר את ההתנגדות R בערכה המכסימלי (800Ω), והוואטמטר ברגישות מינימלית העלה את מתח הוריאק ל [V] שנה את רגישות הוואטמטר בהתאם לקריאות הזרם והמתח בסליל הראשוני. רשום זרם ומתח בסליל המשני והספק בסליל הראשוני הקטן את התנגדות הריאוסטט R (שהיה בהתחלה בהתנגדות מכסימלית) וחזור על חזור על עד אשר הזרם בסליל המשני יגיע ל- 110% מערכו הנומינלי. איור 5.4: ניסוי העמסה (חיבור לפי דרך א.) דו"ח מסכם שרטט סכימת התמורה של השנאי וחשב את ערכי כל הרכיבים על סמך המדידות שבצעת. חשב מתוך סכימת התמורה את נצילות השנאי כתלות בזרם המשני. הצג את התוצאות בגרף. מתוך מדידותיך בסעיף 5.5 חשב את הנצילות והשווה אותה לתוצאות המחושבות. חשב את אופיין ההעמסה של השנאי מתוך סכימת התמורה. הצג את תוצאות החישוב בגרף והשווה אותם לתוצאות שנמדדו בסעיף

5 נספח מושגי יסוד מעגל מגנטי הינו מסלול לשטף מגנטי (כפי שמעגל חשמלי הינו מסלול לזרימת זרם חשמלי). שנאיים, מכונות חשמליות ומתקנים אלקטרו-מכניים נוספים מושתתים על מעגלים מגנטיים. צפיפות שטף מגנטי, B, מוגדר ביחידות (T) Tela במשואת הכוחות: F = B l (7.1) F l הינו כוח ביחידות N הפועל על מוליך באורך ביחידות כאשר זורם בו זרם ביחידות A והמוליך מונח בזווית 90 לכיוון קווי השטף המקבילים בעצם B הינו ווקטור בגודל B ובמקביל לקווי השטף שטף מגנטי, φ, העובר דרך שטח S ניתן ביחידות (Wb) Weber על-ידי:- ϕ = S B.dS (7.) במקרה ו B אחיד על כל שטח A ב- S וניצב לו אזי ϕ = BA (7.3) או ϕ B= A מקור שטף מגנטי הינו מגנט תמידי או זרם חשמלי. במקרה השני יכולתו של זרם לייצור מגנטיות מתבטא בכוח מגנטו-מניע,,f = N -: (At) Apere turn ביחידות המוגדר (7.4) N הינו הזרם הזורם בתוך ליפופים של סליל עצמת שדה מגנטי, H, (7.5) ניתן ביחידות A/ על-ידי:- l H.dl = הינו סך-הכול הזרם שזורם דרך שטח פתוח התחום על-ידי קו האינטגרל l. כאשר הזרם "חותך" את השטח N פעמים (למשל כאשר סליל בעל N ליפופים מלופף סביב ליבה של מעגל מגנטי) אזי מתקיים:- l H.dl = N (7.6) חומר הליבה במעגל מגנטי הינו לרוב פרומגנטי, והיחס בין B ו- H ניתן על-ידי עקומת רוויה בעל אזור שבו היחס קרוב לליניארי דהיינו B=µ ראה איור 7.1 H 5

6 איור 7.1 עקומת רוויה של ליבה פרומגנטי 7. שנאי אידיאלי שנאי הינו מתקן אלקטרו-מגנטי בעל שניים או יותר ליפופי סליל מוצמדים. מטרת השנאי ליצור התמרות מתח, זרם ו/או עכבות ובנוסף לבודד בין שני מעגלים חשמליים. באיור 7. מצויר שנאי אידיאלי בעל שני ליפופי סליל הוא אידיאלי בכך שאין לו הפסדים, שטף אינו זולג ממנו ואיל רוויה בפרמיאביליותו. איור 7. ציור סכמטי של שנאי אידיאלי הינו מספר ליפופים בסליל הראשוני הינו מספר ליפופים בסליל המשני הינו השטף המשוטף המתלפף בתוך כל ליפופי שני הסלילים N 1 N φ על-פי חוק Faraday נוצרים בהשראה מתחים משתנים שטף שמתנגד לשינוי בשטף: e 1 ו- e dϕ e = N dt (7.7) מכאן (7.8) בכיוונים שמייצרים זרם שמייצר dϕ e = N dt 1 1 e1 N1 1 = = a e N 1/ הינם הערכים האפקטיביים של המתח ו- a הינו יחס השנאה. בשנאי אידיאלי e = v,e 1 = v 1 6

7 במקרה ש- ϕהינו סינוסואידיאלי דהיינו ϕ = ϕ inωt אזי e =ωn ϕ ωt 1/ 1/ co 1/ ωn ϕ 4.44 fn = = 1/ 1/ ϕ (7.9) כאשר f הינו תדר המתח/שטף בשנאי אידיאלי אין הפסדי (או הצטברויות) N 1 1 = N ולכן f N = a N 1 1 (7.10) ולכן והיה ועכבה Z מחובר במעגל המשני אזי העכבה שנראית במעגל הראשוני, Z 1 נתון על-ידי Z Z 1 1 N = a N (7.11) 7.3 שנאי שנאי אמיתי אמיתי שונה משנאי אידיאלי אידיאליות חומר הליבה. עקב הפסדים בליבה ובליפופים וזליגות שטף ועקב חוסר על-מנת לנתח שנאי אמיתי אנחנו נעזרים ב- "מעגל אקוויבלנטי" דהיינו מטמיעים את מקורות ההפסדים בתוך רכיבים נוספים במעגל ושנאי אידיאלי מבצע את ההתמרות של הפרמטרים בכניסתו וביציאתו. המעגל האקוויבלנטי משורטט באיורים 7.3 ו- 7.4 כאשר באיור 7.4 השנאי הושמט ובמקומו מופיעים כל הפרמטרים "משוקפים" למעגל הראשוני (א) או למשני (ב). איור 7.3 "מעגל אקוויבלנטי" של שנאי אמיתי התנגדות ליפופי הסליל הראשוני\משני הגב ליפופי הסליל הראשוני\משני מתח מושרה ראשוני\משני מתח קצה ראשוני\משני זרם ראשוני\משני זרם ראשוני ללא עומס R 1/ X 1/ 1/ V 1/ 1/ 0 7

8 איור 7.4 "מעגל אקוויבלנטי" של שנאי "משוקף" לראשוני (א) ולמשני (ב) יחס השנאה הגב וזרם הממגנטים זרם והתנגדות הגורמות להפסדי ליבה a X, R c, c המעגלים באיור 7.4 משמשים להשיג את מאפייני השנאי בעזרת שתי בדיקות בסיסיות: ניסוי ריקם בניסוי ריקם צד אחד של השנאי פתוח (ללא עומס נתק) ובצד האחר מפעילים מתח. מודדים מתח, זרם והספק בצד זה,, 0 V, 0 ו- P, 0 ומתח בצד השני (יש להיזהר במדידה זו מכיוון שהמתח בצד הפתוח יכול להיות גבוה בהרבה מהמתח המופעל בצדו האחר של השנאי) ומחשבים יחס השנאה a. הפסדי ההספק ללא עומס הינם P, 0 והפסדי הליבה ניתנים (לצורך החישוב נניח שהמתח מופעל בצד הראשוני) על-ידי P = P R c = V 0 ( ϑ )( R + jx ) (7.1) המתח המושרה הינו (7.13) ϑ 0 הינו זווית גורם ההספק ללא עומס וניתן על-ידי כאשר 8

9 = 0 c ϑ = co / ( P V ) X = 1 V a 0 (7.14) יתר הפרמטרים ניתנים על-ידי (7.15) R c = P 1 c c Pc = ניסוי קצר בניסוי קצר מקצרים צד אחד של השנאי ומתח קטן מופעל על הצד האחר על-מנת להשיג זרם ספציפי ) 0 0 (. לצורך.V לזרום בצד המקוצר. עקב המתח הנמוך המופעל ניתן להזניח את הפסדי הליבה,P החישוב נניח שהמתח מופעל בצד הראשוני ושם נמדדים הספק, הפרמטרים מתבצע בעזרת היחסים הבאים:- זרם ומתח ו- חישוב P R= V Z = R + X ( R1 + a R) + ( X1+ a X ) = X = Z R 1 X1 a X X (7.16) 9