книги / Электрические цепи

4. Определениережимныхпараметровцепи.

Нажимая кнопку на измерительном приборе PP1 вывести на экран в четвертой строке значение частоты f. Изменяя регулятором частоту f напряжения источника питания, установить значение частоты f в соответствии с вариантом. Снять с прибора PP1 показания напряжения U, тока IC, мощности P. Затем повторными нажатиями кнопки на приборе PP1 последовательно вывести на экран значения коэффициента мощности cosφ и угла φ. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить источник

5.По результатам измерений вычислить величины, указанные в табл. 2.

6.Собрать электрическую цепь (рис. 2) с катушкой индуктивности L, используя элемент цепи в соответствии с заданным вариантом (табл. 3). Представить схему для проверки преподавателю.

7. После проверки схемы преподавателем включить источник питания E3, установить значение напряжения питания 10 В.

31

8. Определениережимныхпараметровцепи

Нажимая кнопку на измерительном приборе PP1 вывести на экран в четвертой строке значение частоты f. Изменяя регулятором частоту напряжения источника питания, установить значение частоты f в соответствии с вариантом. Снять с прибора PP1 показания напряжения U, тока IK, мощности P. Затем повторными нажатиями кнопки на приборе PP1 последовательно вывести на экран значения коэффициента мощности cos φ и угла φ. Результаты измерений занести в табл. 4. Выключить источник питания E3.

9.По результатам измерений вычислить величины, указанные в табл. 4.

10.Собрать электрическую цепь с параллельным соединением катушки индуктивности L и конденсатора C (рис. 3), используя элементы цепи в соответствии с заданным вариантом (табл. 5). Представить схему для проверки преподавателю.

32

11. После проверки схемы преподавателем включить источник питания E3, установить значение напряжения питания 10 В.

Рис. 3. Электрическая цепь при параллельном соединении катушки индуктивности и конденсатора

12. Определениережимныхпараметровцепи.

Нажимая кнопку на измерительном приборе PP1 вывести на экран в четвертой строке значение частоты f. Изменяя регулятором частоту напряжения источника питания, установить значение частоты f в соответствии с вариантом. Снять с измерительного прибора показания напряжения U, тока I и мощности P. Затем повторными нажатиями кнопки на приборе PP1 последовательно вывести на экран значения коэффициента мощности cos φ и угла φ. С помощью амперметров А в параллельных ветвях измерить токи катушки IK и конденсатора IС. Результаты измерений занести в табл. 6. Выключить источник питания E3.

33

13.По результатам измерений вычислить величины, указанные в табл. 6.

14.Теоретически для заданной частоты тока f рассчитать величину емкости C конденсатора, при которой наблюдается полная компенсация реактивной индуктивной мощности катушки - резонанс токов. Для этого принять во внимание равенство индуктивной составляющей тока катушки IL и тока конденсатора IС. Рассчитать при этой величине емкости конденсатора все режимные параметры цепи и заполнить вторую строчку в табл. 6.

15.Построить для схем исследуемых цепей в масштабе четыре векторные диаграммы напряжения и токов.

Расчетные формулы

Для схемы рис.1 Ёмкостное сопротивление цепи

Реактивная емкостная мощность батареи конденсаторов

QC U IC IC2 x C .

Для схемы рис.2 Полная мощность катушки

SK U IK .

34

Реактивная индуктивная мощность катушки

QL SK2 P2 .

Активная составляющая тока катушки

Индуктивная составляющая тока катушки

Полное сопротивление катушки

z K U . IK

Активное сопротивление катушки

r K IP2 .

К

Индуктивное сопротивление катушки

Индуктивность катушки

LK 2x Lf .

Для схемы рис.3 Полная мощность цепи

S U I.

Реактивная мощность цепи

Q S 2 P2 .

Реактивная емкостная мощность

QC U IC .

Реактивная индуктивная мощность

QL Q QC .

35

Индуктивная составляющая тока катушки

IL QL /U.

Ёмкость конденсатора

Содержание отчета

Отчет по работе должен содержать:

-наименование работы и цель работы;

-схемы исследуемых цепей;

-таблицы с результатами опытов и вычислений;

-расчетные соотношения;

-четыре векторные диаграммы для исследуемых схем;

-выводы по работе.

Контрольные вопросы

1.Как на векторных диаграммах при параллельном включении потребителей определить величину тока, потребляемого из сети?

2.С какой целью повышают коэффициент мощности цепи?

3.Как можно определить коэффициент мощности цепи?

4.Как изменится величина тока, потребляемого из сети, если параллельно потребителю с активно-индуктивным характером нагрузки включить конденсатор?

5.Как изменится активная мощность цепи, если параллельно потребителю включить конденсатор?

6.Почему уменьшается ток, потребляемый из сети, при подключении конденсатора параллельно индуктивной катушке?

7.Может ли возрасти ток, потребляемый из сети, при подключении конденсатора параллельно индуктивной катушке?

8.Как применяется 1-й закон Кирхгофа в цепях переменного тока?

9.Построить векторную диаграмму цепи, которая содержит параллельно включенные идеальную индуктивную катушку и конденсатор?

10.Что такое «резонанс токов»? При каком условии он возникает?

36

Работа №5 Исследование режимов работы линии электропередачи с

помощью схемы замещения

Цель работы: изучение влияния величины нагрузочного тока на энергетический процесс и распределение напряжений в 2-х проводной линии электропередачи (ЛЭП).

Общие сведения

Передача электрической энергии от источника к потребителям осуществляется по воздушной или кабельной ЛЭП, обладающей определенным сопротивлением. Величина этого сопротивления оказывает влияние на потери напряжения и потери мощности в ЛЭП. Величина нагрузки ЛЭП оценивается по величине тока или передаваемой мощности. Величина тока в линии определяется количеством включенных приемников электрической энергии. Чем больше приемников, тем больше ток в линии электропередачи. При увеличении тока возрастают потери напряжения и потери мощности в ЛЭП, что неблагоприятно отражается на работе потребителей.

Схема замещения линии электропередачи представлена на рис.1, где источник и приемник электрической энергии представлены соответственно ЭДС Е3 и резистором RН, а линия электропередачи – резистором RЛ

Рис.1. Схема замещения линии электропередачи.

37

Процесс передачи электрической энергии по линии электропередачи характеризуется следующими величинами:

ток в линии

I RЛU1RН ;

потеря напряжения в линии электропередачи

U U1 U2 I RЛ ;

сопротивление линии

RЛ U / I;

мощность источника, отдаваемая в линию электропередачи

P1 U1 I;

мощность приемника

P2 U2 I I 2 RН ;

мощность потерь электрической энергии в линии

P U I I 2 RЛ ;

коэффициент полезного действия линии электропередачи

где: I – ток в линии; U1 – напряжение источника (напряжение в начале линии); U2 – напряжение приемника (напряжение в конце линии); RЛ – сопротивление линии; RН – сопротивление приемника энергии.

Если ток в линии выразить через отношение мощности приемника к напряжению приемника и подставить это выражение тока в формулу мощности потерь электрической энергии в линии, то можно получить следующую формулу:

P RЛ P222 .

U2

38

Из этого выражения следует, что мощность потерь в линии электропередачи обратно пропорциональна квадрату напряжения, подводимого к потребителю. Следовательно, электрическую энергию экономичнее передавать при высоких напряжениях.

Домашнее задание

1.Изучить теоретический материал по режимам работы электрический цепей.

2.Подготовить таблицу 1 для опытных данных и ответы на контрольные вопросы к данной работе.

Рабочее задание

1.Ознакомиться с лабораторной установкой.

2.Собрать электрическую цепь, представленную на рис. 2, в которой сопротивление проводов линии RЛ представлено резисторами R14 и R15, а сопротивление приемника энергии RН – резисторами R1 и R11. Установить тумблеры резисторов R1 и R11 в позицию 2. Представить схему для проверки преподавателю.

Рис.2. Схема замещения 2-х проводной линии электропередачи

Универсальным измерителем стенда РР1 измерять напряжение U1 источника энергии (напряжение в начале линии) и ток I, протекающий в линии. Вольтметром стенда измерять напряжение U2 приемника энергии

(напряжение в конце линии). Результаты измерений заносить в табл. 1.

39

3.Исследование режима холостого хода(х.х.) ЛЭП

Изменить исходную схему, вынув подходящий к резистору R1 провод из гнезда на входе резистора. Затем включить источник питания Е3 и установить по прибору РР1 напряжения питания схемы 9 В. Снять показания приборов и занести их в табл. 1. Выключить источник питания Е3, а затем

восстановить исходную электрическую схему, вставив отсоединенный провод в гнездо на входе резистора R1.

4.Исследование нагрузочных режимов работы ЛЭП

Включить источник питания Е3. Установить напряжение питания 9 В и с помощью регулятора напряжения поддерживать его неизменным во всех режимах нагрузки.

Снять 3 режима работы ЛЭП при изменении сопротивления резистора R11, переключая его тумблер в порядке 2-3-1. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить источник питания Е3.

Произвести изменения в электрической схеме, исключив из неё резистор R11. Для этого соединительный провод, подходящий к резистору R11, вынуть из гнезда на его входе и вставить в гнездо на его выходе. Включить источник питания E3 и дополнительно снять еще 3 режима работы, изменяя сопротивление резистора R1 переключением его тумблера в порядке 2-3-1. Результаты измерений занести в табл. 1.

5.По результатам измерений вычислить потерю напряжения U, мощности P1 и P2, коэффициент полезного действия линии η, величину сопротивления линии RЛср. Результаты расчетов занести в табл. 1.

6.Теоретически дополнительно рассчитать два особых нагрузочных режима работы ЛЭП, используя приведенные выше выражения:

- согласованный режим работы (согл.реж.), при котором

сопротивление нагрузки равно сопротивлению линии, RН = RЛ, а RЛ = RЛ ср; - режим короткого замыкания (к.з.) на зажимах потребителя, при

котором сопротивление нагрузки RH = 0, а RЛ = RЛ ср. Результаты расчетов особых режимов работы занести в табл. 1.

40