Основные теоретические положения
Контрольные вопросы и задания
1. Какое соединение называется последовательным, параллельным, смешанным?
2. Сформулируйте закон Ома для участка цепи.
3. Сформулируйте 1-й и 2-й законы Кирхгофа.
4. Как изменятся показания всех приборов схемы, если при неизменных R2, R3, U:
а) уменьшить R1;
б) увеличить R1;
5. Назовите единицы измерения тока, напряжения, ЭДС, сопротивления, проводимости.
6. Что такое электрический ток, напряжение, ЭДС, сопротивление, проводимость?
7. Расскажите о порядке выполнения лабораторной работы.
8. Соберите схему лабораторной установки.
Лабораторная работа № 2
Исследование работы двухпроводной линии электропередачи
Цель работы:
1) познакомиться с основными электротехническими параметрами, характеризующими работу линии электропередачи (ЛЭП);
2) исследовать работу линии в режиме холостого хода нагрузки;
3) исследовать влияние тока нагрузки на потерю напряжения и мощности, а также коэффициент полезного действия линии.
Основные теоретические положения
Передача и распределение электрической энергии осуществляется в большинстве случаев с помощью воздушных и кабельных линий электропередачи. Однолинейная, принципиальная схема производства, передачи и распределения электроэнергии показана на рис. 1.
На строительных площадках получили широкое распространение воздушные линии (ВЛ) вследствие возможности простого изменения трассы в ходе строительных работ, их меньшей стоимости (по сравнению с кабельными), простоты обнаружения мест повреждения, а также удобства ремонта.
|
|
|
Рис.1. Принципиальная схема производства, передачи и распределения электроэнергии:
1-трехфазный генератор электростанции; 2-трансформаторная подстанция (ТП) с повышающим трансформатором; 3-воздушная линия электроснабжения (ЛЭП); 4-главная понижающая подстанция; 5-ТП с поникающим трансформатором; 6-кабепьнае воздушные распределительные линии электроснабжения; 7-ТП3 и ТП4 - трансформаторные подстанции потребителей электроэнергии; 8-приемники электроэнергии.
В условиях предприятии стройиндустрии, как и вообще промышленных предприятий, а также в жилых районах и на стройплощадках, распределение электроэнергии осуществляется и кабельными линиями (КЛ), которые отличаются высокой надежностью электроснабжения. Они не подвержены влиянию ветра и гололеда, не загромождают, подобно ВЛ, улицы ropoда и территории предприятий
При передаче электроэнергии от электростанции к потребителю, т.е. при прохождении по проводам электрического тока, в ЛЭП возникает потеря напряжения, под которой понимают разность напряжений в начале U1 и в конце U2 линии:
|
|
|
(1)
Потеря напряжения может быть определена и таким образом
(2)
где I - величина токе в линии передачи;
R - сопротивление проводов линии.
Необходимо отметить, что потеря напряжения в ЛЭП ухудшает работу электроприемников. Так, при уменьшении напряжения на 10% от
номинального, световой поток ламп снижается на 30%. Поскольку вращающий момент на валy асинхронных двигателей пропорционален квадрату напряжения на его зажимах, то он значительно уменьшается при снижении питающего напряжения. А это отрицательно сказывается на работе производственных механизмов.
ГОСТом нормируются допустимые отклонения напряжения в проц.:
а) на зажимах приборов рабочего освещения, в т.ч. и прожекторного, от ‑2,5 до +5 % от номинального;
б) не электродвигателях от -5 до +10% от номинального;
в) на зажимах остальных приемников электрической энергии в пределах ±5% от номинального.
В связи с этим потерю напряжения, при расчетах выражают часто
не в вольтах, а в процентах
(3)
Прохождение электрического тока по проводам линий электропередач приводит к необратимому преобразованию электрической энергии в тепловую, т.е. к их бесполезному нагреву. Этот нагрев происходит за счет потерь мощности Р в проводах
|
|
|
(4)
которые можно определить и так:
(5)
Мощность Р1 (затраченная) подается на вход линии передачи
от генератора и может быть определена из соотношения
(6)
Мощность Р2 (полезная) снимается с выхода линии и передается
потребителям. Её величину рассчитывают, используя выражение
(7)
Отношение этих мощностей называют коэффициентом полезного
действия h
(8)
который характеризует экономичность работы линии электропередачи. Современные ЛЭП обеспечивают передачу электрической энергии с h=95÷98 %.
Порядок выполнения работы
1. Собрать схему лабораторной установки, показанной на рис. 2
Рис.2. Схема лабораторной установки
2. При отключенных потребителях (холостой ход линии) измерить напряжение на входе U1 и выходе U2 линии.
|
|
|
3. Тумблером подключить первый потребитель (резистор) и измерить U1, U2, I
4. Подключая последовательно остальные пять резисторов, повторить измерения U1, U2, I и все полученные результаты занести в таблицу.
Результаты измерений и расчетов
| № п/п | Измерено | Вычислено | ||||||||
| U1 | U2 | I | ΔU | RЛ | P1 | P2 | P | h | RН | |
| В | В | мА | В | Ом | Вт | Вт | Вт | % | Ом | |
5. Вычислить потерю напряжения ΔU (формула 1), сопротивление проводов линии RЛ (2), мощность в начале линии Р1 (6) и P2 отдаваемую ЛЭП потребителям (7), потери мощности в проводах линии ΔР (4), коэффициент полезного действия работающей линии (8), величину эквивалентного сопротивления потребителей
6. Полученные результата занести в таблицу и построить в масштабе графические зависимости: ΔU= f( I); ΔP= f( I);U2= f( I);h= f( I).
7. По результатам работы сделать выводы и записать их в отчет.
Контрольные вопросы и задания.
1. Нарисуйте схему передачи электроэнергии от генератора электростанции до потребителя.
2. Каким напряжением выгодно передавать заданную мощность (высоким или низким) и почему?
3. Что такое потеря напряжения в линии? Как её можно определить?
4. 0т чего зависит потеря мощности в ЛЭП
5. Что такое коэффициент полезного действия линии и как он определяется?
6. Как найти сопротивление линии электропередачи?
7. Какие отклонения напряжения на зажимах электроприемников допускаются ГОСТом?
8. Расскажите о цели, порядке выполнения лабораторной работа.
9. Соберите схему лабораторной установки.
Лабораторная работа № 3
Последовательное соединение резистора, катушки индуктивности и конденсатора
Цель работы:
1) проверить основные соотношения для цепи, содержащей последовательно соединенные активные и реактивные элементы;
2) ознакомиться с построением векторных диаграмм напряжений и токов, а также треугольников сопротивлений и мощностей.
Основные теоретические положения
В данной работе рассматривается цепь синусоидального тока, состоящая из последовательно соединенных резисторов R, катушки индуктивности L и конденсатора C (рис. 1.).
Рис.1. Последовательное соединение R, L, C
Напряжения на элементах при токе 
являются синусоидальными функциями времени: 
,
, 
.
Согласно 2-му закону Кирхгофа для вектора напряжения на входе такой цепи может быть записано выражение
,
где 
- соответственно активная, индуктивная и емкостная составляющая вектора напряжения на входе цепи.
Из этого выражения следует, что при известных 
, вектор 
может быть получен построением векторной диаграммы. Свойства рассматриваемой цепи, а, следовательно, и вид векторной диаграммы, будет зависеть от соотношений между индуктивным и емкостным сопротивлениями
; 
,
где ω – угловая частота;
f – частота питающей сети, Гц (f=50Гц);
L – индуктивность катушки, Гн;
C – емкость конденсатора, Ф;
На рис. 2, а показана векторная диаграмма для случая UL> UC, (xL > xC). Построение этой диаграммы начинают, откладывая в произвольном направлении вектор тока 
. Затем из точки О откладывают вектор 
, совпадающий по фазе с , вектор 
, опережающий вектор тока на 
, и вектор 
, отстающий от на угол . Для получения вектора напряжения необходимо вначале сложить векторы 
и , определив тем самым вектор реактивного напряжения
Складывая векторно 
и , можно получить вектор напряжения на входе цепи 
.
Угол сдвига фаз φ между напряжением , приложенным к зажимам цепи, и током будет в этом случае положительным (напряжение опережает ток по фазе).
Рис. 2. Векторная диаграмма (а), треугольники сопротивлений (б) и мощностей (в) для случая
Прямоугольный треугольник OAB называют треугольником напряжений.
Если модули напряжений, входящие в этот треугольник, разделить на модуль тока, то получим значения активного R, реактивного X и полного Z сопротивлений:
; 
; 
, (2)
используя которые можно в определенном масштабе построить треугольник сопротивлений (рис 2, б). Из рассмотрения этого треугольника следует, что
Для получения треугольника мощностей (рис. 2, в) умножив модули напряжений 
, 
и 
на модуль тока I:
; 
; 
.
Где S – полная мощность цепи;
P – активная мощность цепи;
Q – реактивная мощность, равная Q= QL- QC.
Выражая значения Ua и UP через U (из прямоугольного треугольника САВ), будем иметь
; 
, 
,
(3)
Хотя все три мощности имеют одну и туже размерность – "Вольт-Ампер", для их различия введены следующие наименования этой единицы измерения:
а) для P – "Ватт" (Вт);
б) для Q – "Вольт-Ампер-реактивный" (вар);
в) для S – "Вольт-Ампер" (ВА).
При рассмотрении случая, когда XL< XC, необходимо иметь в виду, что порядок построения векторной диаграммы аналогичен рассмотренному выше. Однако, т.к. UL< UC, угол φ принимает отрицательные значения (напряжение отстает по фазе от 
).
Реактивное индуктивное и емкостное сопротивления цепи переменного тока могут также полностью уравновесить друг друга XL- XC=0. В этом случае в цепи возникает резонанс напряжений, т.е. явление, при котором в последовательной цепи, состоящей из элементов R, L, и C, общее напряжение на входе совпадает по фазе с ее током. При этом индуктивное и емкостное напряжения компенсируют друг друга UL+ UC=0, т.к. они равны по величине и противоположны по фазе. Отметим, что каждая из реактивных составляющих 
, т.е. 
и 
, может быть значительно больше, чем напряжение, приложенное к цепи.
Порядок построения векторной диаграммы сохраняется прежним. Согласно условию возникновения резонанса напряжений
,
этот режим может быть получен при изменении частоты питающего напряжения, величины индуктивности или емкости соответствующих элементов рассматриваемой цепи.
Порядок выполнения работы
1. Собрать схему в соответствии с рис.3 и после проверки ее преподавателем замкнуть рубильник на стенде.
Рис. 3. Электрическая схема лабораторной установки
2. Измерить действующие значения тока в цепи, а также напряжений на входе цепи, на резисторе UR10, катушке индуктивности UK, батарее конденсаторов UC при замкнутых тумблерах: а) P1; б) P1 и P2; в) P1, P2 и P3. Полученные данные занести в табл.1.
Результаты измерений Таблица 1.
| Значение C | I | U | UR10 | UK | UC |
| мА | В | В | В | В | |
| С=С1 С=С1+С2 С=С1+С2+С3 |
3. При исследовании процессов в цепях переменного тока следует учитывать, что всякая катушка индуктивности обладает определенным активным сопротивлением RK, которое можно рассматривать как включенное последовательно с индуктивностью (рис. 4).
Рис. 4. Расчетная схема замещения
Поэтом для получения достоверных результатов необходимо выделить активную и индуктивную составляющие напряжений на катушке
; 
.
Активная составляющая напряжения цепи находится после этого суммированием напряжения, измеренного на резисторе R10 и и напряжения URK, полученного расчетных путем:
.
Значение UP находится из соотношения UP= UL- UC.
4. полученные данные занести в табл.2 и по ним построить векторные диаграммы для трех случаев.
Результаты расчетов Таблица 2
| Значение C | URK | UL | Ua | UP | R | XC | X | Z | cosφ | sinφ | S | P | Q |
| В | В | В | В | Ом | Ом | Ом | Ом | - | - | ВА | Вт | вар | |
| C=C1 C=C1+C2 C=C1+C2+C3 |
5. Используя выражение (2) и соотношение 
, определить R, XC, X1, Z, найти 
и 
.
6. С помощью соотношения (3) найти P, S, и Q.
7. По полученным данным построить теругольники мощностей и сопротивлений.
8. Сделать выводы об основных соотношениях в цепи переменного тока, содержащей последовательно соединенные R, L, C, о возможных режимах работы.
Контрольные вопросы и задания
1. Какое соединение элементов электрической цепи называется последовательным?
2. Чему равен сдвиг по фазе между напряжением и током при включении в цепь сопротивлений: активного, индуктивного, емкостного?
3. Как определяется полное сопротивление цепи при последовательном соединении R, L, C.
4. Напишите 2-й закон Кирхгофа для цепи с R, L, C.
5. Начертите векторную диаграмму напряжений для цепи с последовательно соединенными R, L, C при условии
а) XL> XC б) XL< XC
6. Постройте треугольники сопротивлений и мощностей для случаев, указанных в п.5.
7. Напишите формулу для определения активной, реактивной и полной мощности. В каких единицах измеряются P, S и Q?
8. Как зависят от частоты питающей сети индуктивное и емкостное сопротивления?
9. Расскажите о резонансе напряжений. Постройте векторную диаграмму.
10. Расскажите о порядке выполнения лабораторной работы.
11. Соберите схему лабораторной установки.
Лабораторная работа № 4
Цель работы:
1) ознакомить с понятием и технико- экономическим значением повышения коэффициента мощности;
2) изучить практические способы определения и улучшения коэффициента мощности электрических цепей.
Дата добавления: 2020-11-15; просмотров: 116; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!