1. No category

‫ניסוי ‪ : 4‬מדידות בשנאי הספק‬
‫‪ .1‬מטרת הניסוי‬
‫‪ 1.1‬מדידת הפרמטרים של מעגל התמורה של השנאי‪.‬‬
‫‪ 1.2‬מדידת הפסדים בשנאי‪.‬‬
‫‪ 1.3‬הכרת צורות הזרמים והמתחים בשנאי‪.‬‬
‫‪ .2‬ספרות‬
‫‪Smith R.J.; “Circuits Devices and Systems”, John Wiley, 1976, Chapter 2.‬‬
‫‪Del Toro V. “Electromechanical for Energy Conversion and Control System”, Prentice-Hall,‬‬
‫‪New York, 1968.‬‬
‫ד‪ .‬ניצן "מבוא להנדסת חשמל"‪ ,‬הוצאת אגודת הסטודנטים בטכניון‪. 1972 ,‬‬
‫‪ .3‬שאלות הכנה‬
‫‪ .3.1‬מהו יחס השנאה של שנאי? כיצד תמדוד אותו?‬
‫‪ .3.2‬א‪ .‬שרטט סכמת שנאי וסמן בה את הסכם הנקודות לציון קוטביות השנאי‪ .‬הסבר‪.‬‬
‫ב‪ .‬הגדר קוטביות חיבורית וחיסורית‪ ,‬בעזרת נק' קוטביות ופאזורי מתחים‪.‬‬
‫ג‪ .‬כיצד תמדוד ותקבע קוטביות של שנאי?‬
‫‪ .3.3‬תאר סכמת תמורה של שנאי והסבר מה מייצג כל אלמנט בה‪.‬‬
‫‪ .3.4‬צייר סכמת תמורה של שנאי בתוכנת ‪ORCAD‬‬
‫הערות‪ :‬למימוש שנאי אידיאלי השתמש בסלילים בעלי ערך גבוה‪ ,‬שמצומדים אחד לשני‬
‫בעזרת רכיב שנקרה "‪ "K_Linear‬עם גורם צימוד אחד‪ ,‬להזכירכם יחס השנאה בריבוע‬
‫הוא כיחס הליפופים של הראשוני והמשני‪.‬‬
‫‪ .3.5‬א‪ .‬מהו ניסוי ריקם? אלו הפסדי שנאי מודדים בניסוי זה? אלו פרמטרים של סכימת‬
‫תמורה ניתן לחשב על פי תוצאות המדידה בניסוי ריקם? פתח ביטויים מתמטיים‪.‬‬
‫‪ .3.6‬חזור על שאלה ‪ 3.5‬עבור ניסוי קצר‪.‬‬
‫הערה‪ :‬השתמש בתוכנת ‪ ,ORCAD‬בסכמת תמורה של סעיף ‪ 3.4‬ובצע סימולציה של ניסוי‬
‫ריקם וניסוי קצר‪ ,‬וודא כי התוצאות שקבלת קרובות לפרמטרים שהצבת בסימולציה‪.‬‬
‫פרמטרי המעגל הם‪L1 = 12mH, R1 = 0.5Ω, Lm = 400mH,:‬‬
‫‪ , Rc = 100Ω‬נתון שנאי מוריד פי ‪ ,3‬מניחים כי הפרמטרים של המשני הם ע"פ יחס‬
‫ההשנאה מהראשוני‪ ,‬מקור העירור הוא סינוס בתדר הרשת ואמפליטודה של ‪ 15‬וולט‪.‬‬
‫‪ .3.7‬מה תהיה צורת הזרם בסליל הראשוני כאשר המתח על פניו הוא סינוסואידלי? צייר גרף‪.‬‬
‫‪ .3.8‬מהי רוויה בשנאי? כדי להכניס שנאי לרוויה יש להפעיל אותו בתדר נמוך ו‪/‬או במתח גבוה‪,‬‬
‫הסבר‪ .‬עמוד על ההבדלים בכניסה לרוויה בין שנאי בריקם לשנאי מועמס‪.‬‬
‫‪39‬‬
‫‪ .3.9‬המעגל באיור ‪ 8‬משמש להצגת אופיין ההיסטרזיס על מסך של הסקופ‪.‬‬
‫א‪.‬‬
‫מהו אופיין ההיסטרזיס ומה הוא מלמד על השנאי?‬
‫ב‪.‬‬
‫הסבר את פעולת המעגל‪.‬‬
‫ג‪.‬‬
‫הוכח כי התנאי לקבלת האופיין באוסצילוסקופ הינו ‪. ωRC >> 1‬‬
‫‪.3.10‬‬
‫הסבר מהו וריאק ומה ההבדל בינו לבין שנאי רגיל‪.‬‬
‫‪.3.11‬‬
‫ציין את ההבדלים בין שנאי הספק לשנאי בדוד‪ .‬באלו תנאים משמש שנאי‬
‫ההספק הנבדק בניסוי כשנאי בידוד?‬
‫הכן טבלאות לרישום נתונים לכל סעיף בניסוי‪.‬‬
‫הערה על הוריאק החד פאזי – הוריאק הינו שנאי עצמי ניתן לשינוי‪ .‬באופן פשטני ניתן להתייחס אליו כאל‬
‫מחלק מתח השראתי‪ ,‬ראה איור )‪:(1‬‬
‫איור ‪ :1‬וריאק‬
‫בחיבור תקני‪ ,‬הדק מספר ‪ 1‬חובר למוליך הפאזה של ההזנה החשמלית והדק ‪ 2‬למוליך האפס )ניוטרל(‪.‬‬
‫טעות אנוש עלולה לגרום להיפוך חיבורים ‪ 1‬ו‪ 2-‬ובמצב זה המעגל המוזן מהוריאק נמצא במתח של‬
‫]‪ .220[V‬לכן‪ ,‬המנע המנע ממגע במעגל הניזון מוריאק אפילו אם המוצא ‪ Vo‬הינו ‪ .0‬כדי למנוע את סכנת‬
‫ההתחשמלות נוהגים לפעמים לחבר את הוריאק דרך שנאי בידוד‪.‬‬
‫‪ .4‬הציוד לניסוי‬
‫ וריאק החד פאזי‬‫ וואטמטר ‪Feedback, EW604‬‬‫‪ -‬ריאוסטט‬
‫)‪(R1‬‬
‫‪.1A ,300Ω‬‬
‫ דקדת נגדים )‪(R2‬‬‫‪ -‬ריאוסטט‬
‫)‪(R3‬‬
‫‪.1A ,1kΩ‬‬
‫ שנאי הספק‬‫ שנאי בידוד‬‫‪ -‬עשרה חוטי בננה‪-‬בננה‪ 2 ,‬כבלים ‪-BNC‬בננה‬
‫אזהרה‬
‫בחלק מהניסוי אנו עובדים אחרי שנאי בידוד כאשר המתח צף ולכן מפסק הפחת אינו פועל !‬
‫‪40‬‬
‫א‪ .‬רק אדם אחד בונה את המעגל‪.‬‬
‫ב‪ .‬רק אדם זה מדליק את הוריאק ומעלה את המתח‪.‬‬
‫ג‪ .‬בסוף כל ניסוי יש להוריד את מתח הוריאק לאפס ורק אז לכבות אותו‪.‬‬
‫ד‪ .‬יש לבדוק שכל החוטים מבודדים ותקינים‪.‬‬
‫ה‪ .‬יש לחבר ריאוסטט בכל מעגל להגבלת זרם המקור‪.‬‬
‫ו‪ .‬יש לבדוק שלא יזרום זרם הגדול מהזרם הנקוב בריאוסטט ובשנאי‪.‬‬
‫ז‪ .‬אין להשתמש בדקדת נגדים מלבד המעגל ה‪ RC-‬בסעיף ‪) 5.8‬ראה איור ‪(8‬‬
‫‪ .5‬מהלך הניסוי‬
‫‪ 5.1‬הכרת השנאי‪ :‬השווה את השנאי לתרשים וזהה כל חיבור )ראה איור ‪. (2‬‬
‫‪T1‬‬
‫‪In1‬‬
‫לא מחובר !‬
‫‪G‬‬
‫‪BNC‬‬
‫שקע מכשור‬
‫‪In2‬‬
‫איור ‪.2‬‬
‫הערה‪:‬‬
‫ההדקים ‪ T1‬ו‪ T2-‬מחוברים לליפוף הראשוני‪ .‬ניתן לחבר את השנאי למקור מתח )או למעגל( דרך‬
‫הכניסות ‪) T2 -T1‬ללא שימוש בשקע מכשור(‪.‬‬
‫‪ 5.2‬מדידת התנגדות הליפופים בזרם ישר‬
‫הפעל את ספק הכוח ‪ .DC‬כוון את מתח הספק ל‪.10V -‬‬
‫חבר את המעגל המתואר באיור מס' ‪ .3‬הריאוסטט ‪ R1‬במקסימום‪ .‬יש לכבות את הספק לפני חיבור‬
‫המעגל!‬
‫‪A0‬‬
‫‪R1‬‬
‫‪V0‬‬
‫‪+‬‬
‫‪EDC‬‬
‫_‬
‫שנאי הספק‬
‫איור ‪.3‬‬
‫‪41‬‬
‫א‪ .‬בחר את ערכו של הריאוסטט כך שתתקבל קריאה ברורה במדי הזרם והמתח‬
‫)‪ .(A0 > 10mA, V0 > 10 mV‬קח קריאות עבור כל אחד מליפופי השנאי‪.‬‬
‫ב‪ .‬שנה את מתח הספק ל‪ .5V -‬חזור לסעיף א'‪.‬‬
‫ג‪ .‬עבור כל אחד מליפופי השנאי‪ ,‬חשב את התנגדותו הממוצעת )משתי המדידות א' וב'(‪.‬‬
‫‪ 5.3‬מדידת תמסורת הליפופים )יחס השנאה(‪.‬‬
‫‪ .1‬מדוד )‪ 2‬מדידות( את תמסורת המתחים של השנאי מהסליל הראשוני אל כל ליפוף‪ .‬את המתח‬
‫הראשוני )‪ 10V‬ו‪ (5V -‬ספק דרך וריאק ושנאי בידוד )ראה איור ‪ .(4‬חשב תמסורת ליפופים )יחס‬
‫השנאה( ממוצעת‪.‬‬
‫‪ .2‬חבר את ליפופי הסליל המשני בטור ומדוד את המתח השקול; בחיבור נכון המתח השקול ישווה‬
‫לסכום שני מתחי הסלילים‪.‬‬
‫‪T1‬‬
‫‪V2‬‬
‫‪220V‬‬
‫‪V1‬‬
‫שנאי בידוד‬
‫‪V3‬‬
‫‪Variac‬‬
‫שנאי הספק‬
‫‪T2‬‬
‫איור ‪.4‬‬
‫‪ 5.4‬מדידת קוטביות‬
‫חבר את המעגל שבאיור ‪ ,5‬כאשר מד מתח ‪ V3‬וחוט "קצר" לא מחוברים‪ .‬ההדקים ‪ Out2‬ו‪Out3 -‬‬
‫מקוצרים‪.‬‬
‫חוט "קצר"‬
‫‪Out 1‬‬
‫‪T1‬‬
‫‪2‬‬
‫‪A0‬‬
‫‪V1‬‬
‫‪V2‬‬
‫‪3‬‬
‫‪220V‬‬
‫שנאי בידוד‬
‫‪Out 4‬‬
‫‪Variac‬‬
‫‪T2‬‬
‫‪V3‬‬
‫איור ‪.5‬‬
‫‪42‬‬
‫א‪ .‬העלה את המתח הראשוני ל‪,11V -‬רשום את קריאת הזרם )‪ (A0‬ומדוד ‪ V1‬ו‪.V2 -‬‬
‫ב‪ .‬קצר את ‪ T1‬ל‪) Out1 -‬חוט "קצר" באיור( וחבר את מד המתח ‪ V3‬בין ‪ T2‬ל‪ .Out4 -‬רשום את‬
‫תוצאת המדידה‪.‬‬
‫ג‪ .‬על סמך המדידות‪ ,‬קבע את קוטביות השנאי‪.‬‬
‫ד‪ .‬חשב את ההשראות ההדדית ‪.M‬‬
‫‪ 5.5‬ניסוי ריקם‪.‬‬
‫חבר את המעגל המתואר באיור מס' ‪.6‬‬
‫‪Out 1‬‬
‫‪T1‬‬
‫‪A0‬‬
‫‪2‬‬
‫‪V1‬‬
‫‪W‬‬
‫‪220V‬‬
‫‪3‬‬
‫‪Wattmeter‬‬
‫שנאי בידוד‬
‫‪Variac‬‬
‫‪Out 4‬‬
‫‪T2‬‬
‫איור ‪.6‬‬
‫א‪ .‬קבע את רגישות הוואטמטר )‪ (W‬למינימום )ערכים מכסימליים לזרם ומתח(‪.‬‬
‫ב‪ .‬העלה את מתח הוריאק עד המתח הנקוב בראשוני של השנאי )]‪.(15[V‬‬
‫ג‪ .‬הגדל את רגישות הוואטמטר על פי קריאות הזרם והמתח‪.‬‬
‫ד‪ .‬רשום את קריאות הזרם‪ ,‬המתח וההספק‬
‫‪ 5.6‬ניסוי קצר‬
‫השתמש במעגל באיור מס' ‪ 6‬כאשר‪ :‬ליפוף הסליל המשני )השקול( מקוצר והרגישות ‪ W‬במינימום‪.‬‬
‫א‪ .‬העלה באיטיות ובזהירות את מתח הוריאק עד שתגיע לזרם הנקוב בראשוני ) ‪.(A0 = 0.5A‬‬
‫שים לב ! שבניסוי קצר הזרם בסליל ראשוני יגיע לערכו הנומינלי במתח נמוך‪.‬‬
‫ב‪ .‬הגדל את רגישות הוואטמטר בהתאם לקריאות הזרם והמתח‪.‬‬
‫ג‪ .‬רשום את קריאות הזרם המתח וההספק‪.‬‬
‫‪43‬‬
‫‪ 5.7‬הזנת השנאי ע"י מקור מתח‬
‫נזין את השנאי מהוריאק ונבדוק על מסך האוסצילוסקופ את צורת הזרם‪.‬‬
‫א‪ .‬הרכב את המעגל המתואר באיור מס' ‪.7‬‬
‫חבר את אדמת הסקופ בנקודה ‪ T1‬וכך תוכל לראות את הזרם הראשוני )מפל המתח על ‪(R3‬‬
‫והמתח הראשוני )במצב ‪ ,(inverting‬בו זמנית‪.‬‬
‫ב‪ .‬העלה את המתח הראשוני כך שתתאפשר מדידתו בעזרת הסקופ‪.‬‬
‫ג‪ .‬מדוד את צורת הזרם בראשוני‪ .‬שרטט את שתי צורות הגל‪.‬‬
‫‪R1‬‬
‫שנאי בידוד‬
‫איור ‪.7‬‬
‫‪ 5.8‬הצגת אופיין ההסטרזיס ומציאת עקום המגנות הנורמלי‪.‬‬
‫קבע ערך נמוך לנגד ‪) R1‬בסביבות ‪ (1Ω‬וחבר את המעגל המתואר באיור מס' ‪ ,8‬ללא הנגד ‪.R3‬‬
‫קבע ערכו של הנגד ‪ R2‬בהתאם לתנאי בסעיף ‪ 3.8‬ג'‪ .‬הוריאק במצב מינימום‪.‬‬
‫חבר את אדמת הסקופ בנקודה ‪.T1‬‬
‫שנאי בידוד‬
‫איור ‪.8‬‬
‫‪44‬‬
‫א‪ .‬העלה את מתח הוריאק עד שתבחין בבירור ברוויה‪ ,‬הקפד לא לעבור על הזרם הנקוב ‪.‬‬
‫ב‪ .‬צייר את אופיין ההיסטרזיס המתקבל על מסך הסקופ עבור ‪ 3‬מתחי המקור‪ ,‬בקפיצות של ‪.5V‬‬
‫הסבר מה יקרה אם לא יתקיים התנאי ‪.ωRC >> 1‬‬
‫ג‪ .‬חזור על סעיף א' כאשר השנאי מועמס ע"י‬
‫‪ .R3 = 400Ω‬האם מתקבלת רוויה בעקומת‬
‫ההיסטרזיס? הסבר תופעה זו‪.‬‬
‫‪ .6‬הערכות ומסקנות – דו"ח מסכם‬
‫רשום בצורה מסודרת וברורה את כל תוצאות המדידות שביצעת והסבר בקצרה את משמעותם‪.‬‬
‫השווה את התוצאות לתאוריה ולחישובך היכן שהדבר אפשרי‪.‬‬
‫על סמך המדידות שביצעת‪ ,‬חשב את כל פרמטרי מעגל התמורה של השנאי‪.‬‬
‫חשב את ‪ M‬מניסוי ריקם וממדידות הקוטביות והשווה ביניהם‪.‬‬
‫‪45‬‬