Napětí indukované ve školním generátoru

Pomůcky

• Měřicí souprava ISES, modul voltmetr přepnutý na rozsah 1 V a připojený na vstup A,
• školní generátor, budící cívka a magnetický obvod statoru generátoru, motorový pohon, zdroj stejnosměrného napětí, zdroj střídavého napětí,
• ampérmetr pro měření stejnosměrného i střídavého proudu.

Úkoly

1. Změřit magnetický indukční tok v rotoru generátoru.
2. Změřit indukované napětí v rotoru generátoru.
3. Měření opakovat pro pět různých otáčet rotoru.

Teorie

V cívce otáčející se v magnetickém poli statoru se indukuje elektrické napětí dle vztahu

U_m =  2 π f N Φ_m ,

kde f je frekvence otáčení, N počet závitů rotorové cívky a Φ_m maximální hodnota maximálního magnetického toku v rotorové cívce; vztah platí za předpokladu, že změna magnetického indukčního toku v cívce rotoru má sinusový průběh, což je v našem případě splněno jen přibližně. Stejné napětí se indukuje, když je v klidu rotorová cívka buzena střídavým magnetickým tokem sinusového průběhu.

Nastavení

Spustíme program ISES, založíme nový experiment a načteme nastavení u_gen2.imc: čas 0,5 s, vzorkování 60 000 Hz, panel č. 1 napětí +500 mV; −500 mV.

Provedení

Sestavíme školní generátor s budící cívkou 600 dle obrázku.

Na budící cívku generátoru připojíme zdroj střídavého napětí 5 V přes ampérmetr. Cívku rotoru připojíme na modul voltmetr, necháme si zapojení zkontrolovat vyučujícím, zapneme střídavý budící proud a spustíme měření tlačítkem . Za jednu sekundu se provede měření a v okně se objeví změřené napětí v závislosti na čase. Otevřeme okno pro zpracování výsledků měření a odečteme velikost maximálního indukovaného napětí v rotorové cívce za klidu pomocí tlačítka klouzavého odečtu , na ampérmetru odečteme budící proud. Hodnoty zapíšeme a měření uložíme.

Přepojíme budící cívku na zdroj stejnosměrného napětí a nastavíme stejnou hodnotu budícího proudu jako v případě střídavého napájení. Připojíme gumovým řemínkem motorový pohon a zapneme zdroj pro pohon motoru. Po roztočení kola spustíme měření. Otevřeme okno pro zpracování výsledků měření a odečteme velikost maximálního indukovaného napětí pomocí tlačítka klouzavého odečtu . Periodu změříme tak, že provedeme odečet dvou hodnot času na stejném místě křivky, ale o pět kmitů dál, nejlépe při průchodu nulou. Změřené časy odečteme a výsledek vydělíme pěti. Hodnoty maximálního napětí a příslušné periody zapíšeme do protokolu a celé měření uložíme. Provedeme další měření pro vyšší otáčky při napětí motoru 12 V, 15 V, 18 V, 21 V a 24 V.

Protokol

Název: Napětí indukované ve školním generátoru
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Indukované napětí v klidu při střídavém budícím proudu:

Um  [V]	I  [A]	Φm  [Wb]

Magnetický tok vypočteme ze vztahu Φ_m = U_m / (2π f N), kde f je frekvence síťového napětí 50 Hz a počet závitů rotorové cívky N je 60.

Indukované napětí při různých otáčkách:

Umax  [V]
T  [s]
f  [Hz]
n  [1/min]

Z naměřeného průběhu napětí odečteme maximální velikost napětí a periodu, frekvenci spočítáme ze vztahu f = 1/T a otáčky n = 60f.

Vyhodnocení měření:

1. Sestrojit graf závislosti maximálního indukovaného napětí na frekvenci a otáčkách.
2. Porovnat naměřenou hodnotu indukovaného napětí s hodnotou vypočtenou, když dosadíme za Φ_m hodnotu naměřenou při střídavém budícím proudu za klidu.

 

Výsledky

 

Název: Napětí indukované ve školním generátoru
Pomůcky:
Teorie:
Vypracování:

Napětí naměřené při buzení rotoru generátoru střídavým proudem:

U_m = 1,05 V,  vypočtený magnetický tok Φ_m = 0,0000557 Wb.

 

Napětí indukované v generátoru při otáčení n = 835 min^-1:

 

Napětí indukované v závislosti na otáčkách:

Umax  [V]	0,173	0,292	0,457	0,630
T  [s]	0,132	0,072	0,046	0,034
f  [Hz]	7,59	13,92	21,74	29,66
n  [1/min]	455	835	1304	1780

Vypočítané napětí při otáčkách 1780 min^-1 je 0,62 V.

Graf závislost indukovaného napětí na otáčkách:

Webmaster: Jiří Ryzner, poslední aktualizace: 21.7.2014