Эту таблицу необходимо дополнить расчётными параметрами активной мощности Р, реактивной G и полной S .

Примечание: Тип (характер) нагрузки для второй колонки определяется путём сравнения численных значений индуктивного сопротивления X_L (4 колонка) и емкостного Х_С сопротивления (6 колонка). Если X_L > Х_С, то сопротивление электрической цепи носит индуктивный, при X_L < Х_С - емкостной и при X_L = Х_С – активный характер. Значение ёмкости при резонансе С_РЕЗОН легко найти воспользовавшись условием резонанса X_L = Х_С, или ωL = 1/(ωС) – откуда

С_РЕЗОН = =  =  Ф =  мкФ.              (3.14)

8. Теоретический расчёт целесообразно выполнить в следующей последовательности:

→ за исходные принимаем входное постоянное напряжение из таблицы 3.2 и значения ёмкости для каждого опыта, кроме резонансного. Это значение берётся из расчёта по формуле (3.14);

→ далее рассчитываем ёмкостное реактивное сопротивление Х_С = 1/(ωС); индуктивное реактивное сопротивление Вам задано (см. табл. 3.2);

→ находим комплексное сопротивление всей цепи для разных значений ёмкости Z:

Z = [R² + (X_L - Х_С)²]^0,5

→ используя закон Ома, определяем значения модуля тока цепи:

I = U/Z

→ находим значения активной Р = I²R, реактивной Q = I²(X_L - Х_С)  и полной мощности S = (P² + Q²)^0,5 цепи;

→ значение Cosφ проще всего найти из треугольника мощности:

Cosφ = Р/S/

При выполнении расчетов по пункту 5 можно использовать и другие зависимости. Они приведены ниже.:

U_L = U_C + USinφ, если Х_L > X_C и U_L = U_C - USinφ, если X_C > Х_L , потребляемая мощность S = UI ВА, P = UI Sinφ Вт, Q =  ВА.

Результаты проведенного эксперимента взять в Приложении 1 и занести в табл. 3.2.

 

Таблица 3.2.

№ п.п.	Тип нагрузки	Знач. С,мкФ	Результаты измерений				Результаты вычислений
			I, A	U, В	Cosφ	UC В	UL В	S, ВA	P, Вт	Q,ВAp
1	XL ‹ XC
2	XL ‹ XC
3	XL ‹XC
4	XL = XC	СРЕЗОН моделир
5	XL › XC
6	XL › XC
7	XL › XC

 

Пример моделирования в программе EWB – 5.12 Pro

    

                                  Рис. 3.4. Результат моделирования при X_L = X_C

              (Момент резонанса напряжений)

                                  Рис. 3.5. Результат моделирования при X_L ‹ X_C

                                  Рис. 3.6. Результат моделирования при X_L › X_C

    Примечание: Обратите внимание на показания вольтметров U_L и U_C – они показывают падение напряжения на идеальных элементах электрической схемы (поэтому при резонансе (Рис. 3.4) их напряжения равны), а вольтметр U_RL показывает падение напряжения реальной катушки индуктивности L_K с учётом её активного сопротивления R_L, поэтому показания этого вольтметра (именно это напряжение покажет Ваш прибор в эксперименте) увеличиваются на величину, равную U_ДОБ = I_CXR_K .

Результат моделирования ДЛЯ РЕЖИМА ДО

(Программа  MultiSim)

 

Для студентов, выполняющих лабораторные работы в дистанционном режиме

 Вам необходимо занести результаты по показаниям приборов на схемах в табл. 3.2 .  Амперметры измеряют ток в А, вольтметры - в В. Далее провести теоретический расчёт и занести в табл. 3.1. Расчёт в формате JPG прикладываются к отчёту. Сравнить результаты опыта (моделирование) с расчётными данными и сделать выводы. Графики прикладываются к отчёту.

Лабораторная работа № 3

Рис. 3. 1. Режим резонанса.

Рис. 3. 2

Рис. 3. 3

Рис. 3. 4

Рис. 3. 5

Рис. 3. 6

Рис. 3. 7

Контрольные вопросы

1. Как определить, исходя из полученных данных, полное, активное и ре­активное сопротивление всей цепи?

2. Как рассчитать значение коэффициента мощности цепи споследовательным соединением сопротивления, емкости и индуктивности?

3. На основании каких данных рассчитывают полную и реактивную мощное ти, потребляемые электрической цепью из сети?

4. В какой электрической цепи и при каких условиях может возникнуть резонанс напряжений?

5. Какие устройства работают с использование явления резонанса напря­жений?

6. К каким отрицательным последствиям может привести непредвиденный резонанс напряжений?

7. Каким образом можно повысить коэффициент мощности цепи?

8. В чем заключается явление резонанса напряжений и при каких условиях оно возникает?

9. Какую опасность представляет резонанс напряжений для электротехниче­ских устройств?

10. Изменением каких параметров электрической цепи можно по­лучить резонанс напряжений?

11. С помощью каких приборов и по какому признаку можно судить о возник­новении резонанса напряжений в электрической цепи?

12. Проведите анализ построенных векторных диаграмм до и после резонанса напряжений и дайте объяснение, в каком случае напряжение опережающее, а в ка­ком - отстающее.

13. К чему приводит изменение активного сопротивления электрической цепи при резонансе напряжений?

14. Сохранится ли резонанс напряжений, если изменить ток питающей сети? Можно ли получить резонанс напряжений путем изменения других параметров питающего напряжения?

15. Запишите выражения для тока, полного сопротивления и коэффициента мощности электрической цепи при резонансе напряжений.

16. Определите емкость конденсаторов при резонансе напряжений по показаниям вольтметра и амперметра.

17. В электрической цепи заданы параметры всех элементов R_K, L_K, С и ω), показания ваттметра и вольтметра на входе цепи запишите выражения для определения показаний амперметра и вольтметра на отдельных участках цепи.

Литература [1, c. 69 -73; 2, c. 53-58; 3, c. 73-77]

Лабораторная работа № 5

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ «ЗВЕЗДОЙ»

 

5. 1. Цель работы

 

Исследование трехфазной цепи синусоидального тока при соединении однофазных преемников звездой и определение потребляемой ими полной, активной и реактивной мощностей.

5.2. Задание по работе

1. Освоить методы расчета трехфазной цепи синусоидального переменного тока при соединении потребителей звездой.

2. Исследовать трехфазную цепь потребителей, имеющих активный ха­рактер нагрузки и соединенных звездой, с нейтральным проводом и без него. 

3. Исследовать трехфазную цепь приемников при соединении звездой, когда нагрузка фаз разнородна.

4. Выполнить необходимые расчеты по проведенным экспериментам построить векторные диаграммы.

5. 3. Основные теоретические положения

Объединения нескольких цепей с независимыми источниками проводами

линии существенно улучшают технико-экономические показатели условия

передачи электроэнергии [1].

Объединенные цепи переменного тока принято называть фазами, а всю систему - многофазной системой.

Источником энергии для такой системы является трехфазный генератор. Мгновенные значения ЭДС трех обмоток генератора можно представить как

е_А = Е_Ф sin ωt ,

е_А = Е_Ф sin (ωt + 2π /3),                                       (5.1)

е_А = Е_Фsin (ωt + 4π /3).

либо в виде вектора

E_A =E_Ф;

E_В = E_Фе

E_С = E_Фе ,

 

где Е_А ,Е_B , Е_С: - векторы фазных ЭДС ; а Е_Ф = Е_М / √2 - действующее фазной ЭДС. Сумма векторов фазных ЭДС равны нулю Е_А + Е_в + Е_с = О .

Фазное обмотки генератора и фазы потребителя можно соединить звез­дой. В этом случае концы обмоток генератора и приемника объединяются соответст венно вместе, образуя два узла О, О¹, которые между собой со­единяются общим нейтральным проводом 0 (рис. 5.1).

Провода АА¹ , ВB¹, СС¹ называются линейными. Напряжения между линейными проводами U_AB, U_ВC, U_CA называются линейными. Напряжения меж­ду линейными проводами и нейтралью U_А , U_В , U_С называются фазными. На основании 2 - го закона Кирхгофа между линейными и фазными напря­жениями может быть найдена взаимосвязь:

U_AB = U_A – U_В,

U_BC =U_В – U_C

U_CA = U_С – U_B

Одинаковая нагрузка трех фаз называется симметричной. В этом случае нейтральный провод не нужен.

Рис. 5. 1. Схема трехфазной системы, соединенной звездой

 

При соединении звездой линейные токи равны фазным I_Л = I_Ф                    (5.4)

В случае расчета трехфазных симметричных или несимметричных цепей, но с нейтральным проводом, проводимость которого У₀ = 0, следует пользоваться законом Ома I_Ф= U_ф / Z_Ф ,               

где Z_ф - комплексное сопротивление фазы. В противном случае на основании метода узлового напряжения необхо­димо найти U₀ - напряжение между нулевыми точками 00¹.

U₀ = ,

где U_A, U_B, U_c - фазные напряжения трехфазного источника энергии. Фазные напряжения нагрузки определяются формулами:

U_Aн = U_A  - U₀ , U_Bн = U_B  - U₀ ,  U_Cн = U_C  - U₀, токи находят по закону Ома. Ток в нейтральном проводе будет определен на основании 1-го за­кона Кирхгофа:

I₀ = I_А + I_В + I_C.

Мощность, потребляемая трёхфазным потребителем: активная – P = P_A + P_B + P_C, реактивная - Q = Q_A + Q_B + Q_C, полная – S = , где Р_А , Р_B, Р_C , Q_A , Q_B, Q_C - активные и реактивные мощности, пот­ребляемые фазами приемника.

4. 4. Порядок выполнения работы и обработки результатов измерения

2. Получить опытные данные для случая:

1) Несимметричной активной нагрузки снейтральным проводом ибез него.

2) Несимметричной активной нагрузки с нейтральным проводом и без него, при этом часть ламп в фазах по указанию преподавателя выключает­ся.

 3) Обрыва – одной фазы с нейтральным проводом и без него (крайний случай несимметрии).

4) Короткого замыкания одной фазы без нейтрального провода (край­ний случай несимметрии).

1. Собрать схему по рис.5.2, записать технические характеристики приборов

и оборудования. Получить разрешение преподавателя на включе­ние стенда.

Рис. 5. 2. Схема опыта при активной нагрузке трехфазной системы,

соединенной «звездой» представлены в Приложениях 2.

Полученные результаты занести в табл.5.1.

Таблица 5. I

Результаты измерений и вычислений по пунктам 2 и 5      

№ опыта

Тип нагрузк

Выключ. В1 (Выкл, вкл)

Измерено

Вычислено

Ток IA  A

Ток IB  A

Ток IC  A

Ток IN  A

UAB B

UBC B

UAC B

UA B

UB B

UC B

PA Вт

PB Вт

PC Вт

RA Ом

RВ Ом

RС Ом

1

Вкл

2

Вык

3

Вкл

4

Вык

5

Вкл

6

Вык

7

Вык

3. Собрать схему (рис.3.3) при разнородной нагрузке фаз.

4. Провести измерения в собранной схеме (pиc. 5. 3) с нейтральным проводом и без него. Результаты, отражённые в приложении 3,  занести в табл. 5.2.

Рис. 5.3. Схема опыта приразнородной и несимметричной нагрузке

трехфазной системы

Таблица 5. 2

Результаты измерений по пункту 4

№п.п

В1

IA, A

IB, A

IC, A

IN, A

UABВ

UBСВ

UAСВ

UA,В

UВ,В

UС,В

РС,Вт

1

Вкл

2

Выкл

 

5. Заполнить графы табл.3. 1 "Вычислено" и достроить векторные ди­аграммы для всех случаев без нейтрального провода.

6.По данным табл. 3.2 произвести вычисления и заполнить табл.3.3, построить векторные диаграммы.

7. Используя зависимости: Р_Ф = U_ФI_ФCos(φ), S_Ф = U_ФI_Ф, Q_Ф = U_ФI_ФSin(φ),

Q_Ф = вычислить активную, реактивную и полную мощности, потребляемые приемника, мощность трехфазной системы, соединенной "звездой", определяется как сумма мощностей фаз. В случае симметричной нагрузки

Таблица 5.3

---

Дата добавления: 2020-12-22; просмотров: 155; Мы поможем в написании вашей работы!

Поделиться с друзьями:

---

---

Мы поможем в написании ваших работ!