Программа работы и указания к ее выполнению

Главная | Обратная связь | Поможем написать вашу работу!

Условия опыта

R, (C1+C2)

L, (C1+C2)

1. Перед выполнением работ,изучить схему установки, систему расположения источника питания, измерительных приборов, элементовсхемы, необходимых для работы.

Рис. 33. Схеме электрическая принципиальная

2. Отключить батарею конденсаторов и подсоединить активное сопротивление и катушку индуктивности к питающему напряжению. Провести измерение токов, протекающих через резистор и катушку, а также ток в общем проводе. Данные записать в табл.6 (опыт 1).

Ток через резистор измеряется путем отключения от питания емкостей и катушки индуктивности на стенде и подключении резистора. Причем, переключатель для измерения тока устанавливается в положение I_О. В результате такого подключения ток I_О будет равен току через резистор. Измеренное значение тока через резистор необходимо записать в пункты «1» и «2» таблицы 6.

3. Повторить предыдущий опыт при включенных конденсаторах и отключенной катушке индуктивности. Результат измерений токов через резистор, емкость и ток в общем проводе занести в табл.6 (опыт 2).

4. Отключить активное сопротивление и подключить индуктивность и емкость к питающему напряжению. Провести измерения токов и записать их в табл.6 (опыт 3).

Таблица 6

5. Рассчитать, пользуясь соответствующими формулами и данными замеров, параметры цепи для каждого опыта:

а) индуктивность L и индуктивное сопротивление X_L;

б) емкость конденсаторов С и емкостное сопротивление X_С;

в) активную мощность P, потребляемую всей цепью;

г) коэффициент мощности всей схемы;

д) найти косвенные погрешности dL, dC, dP;

е) сравнить рассчитанное значение емкости с указанным на установке;

ж) занести все расчетные данные в таблицу 7.

Таблица 7

X_L, (Oм)	L, Гн	dL, Гн	Х_C, (Ом)	С, (мкФ)	dС, (мкФ)	P, Вт	dP, Вт

6. Построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжения для каждого опыта.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Оборудование.

4. Основные сведения из теории.

5. Схема исследуемой цепи.

6. Данные эксперимента, сведенные в таблицу 6.

7. Расчет параметров исследуемой цепи:L, X_L, C, X_C, P, .

8. Расчет косвенных погрешностей dL, dC, dP.

9. Данные расчета параметров цепи, сведенные в табл.7.

10. Построенные в масштабе векторные диаграммы токов и напряжения для каждого опыта.

11. Выводы по работе (смотри контрольные вопросы).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Дать определение переменного тока. Назватьпараметры переменного синусоидального тока.

2. Закон Ома, законы Кирхгофа для расчета цепей переменного тока.

3. Чем характеризуются активные и реактивные элементы в цепях переменного тока?

4. Векторные диаграммы напряжения и токов при различных элементах цепи.

5. В каких цепях переменного тока применяется понятие проводимости? Какие различают проводимости и их расчетные формулы?

6. Объяснить построение векторных диаграмм в работе.

7. Построить векторную диаграмму для предложенной произвольной схемы разветвленной цепи переменного тока.

8. Записать выражение для определения полной проводимости исследуемых в настоящей работе электрических цепей, а также для предложенной произвольнойсхемы разветвленной электрической цепи переменного тока.

9. Объяснить методику расчета параметров исследуемой в работе электрической цепи.

10. От каких факторов зависит коэффициент мощности всей цепи и при каких условиях он может быть равен единице?

11. Какое технико-экономическое значение имеет повышение коэффициента мощности электрической цепи?

12. Что такое резонанс токов, в каких цепях и при каких условиях он возникает?

ЛИТЕРАТУРА

1. Электротехника под ред. Пантюшина В.С. М.: Высшая школа, 1976.

2. Касаткин А.С. Электротехника. – М.: Энергия, 1973.

3. Общая электротехника под ред. Блажкина. - Л.: Энергия, 1979.

4. Евсюков А.А. Электротехника. – М.: Просвещение, 1979.

5. Электротехника под ред. Шихина А.Я. – М.: Высшая школа, 2001.

6. Попов В.С, Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Энергия,1976.

7. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Гардарики, 2002.

8. Синдеев Ю.Г. Электротехника: [Учеб.для вузов].- Ростов н/Д: Феникс, 1999.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКОВ ЗВЕЗДОЙ

Цель работы:

1. Познакомиться с многофазной электрической системой.

2. Определение соотношения линейных и фазных напряжений опытным путем.

3. Выяснить роль нейтрального провода.

4. Построение векторных диаграмм для трехфазной системы при соединении потребителей звездой.

Необходимые приборы и оборудование.

Рабочий стенд с:

1. Набором сопротивлений.

2. Амперметром.

3. Вольтметром.

ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Многофазной системой называют совокупность двух и более электрических цепей, источники электрической энергии (ЭДС) которых имеют одинаковую частоту, сдвинуты по фазе друг относительно друга и вырабатываются одним генератором. Каждая из цепей многофазной системы называется фазой.

Наибольшее распространение получила трехфазная электрическая система как наиболее простая и экономичная для передачи и использования электрической энергии переменного тока.

Трехфазная система ЭДС называется симметричной, если эти ЭДС синусоидальны, их частота и амплитуда одинаковы и ЭДС каждой фазы относительно друг друга на угол 120 электрических градусов.

Наводимые в фазах ЭДС имеют вид:

В симметричной многофазной системе сумма мгновенных значений фазовых ЭДС в любой момент времени равна нулю:

Применяются две основные схемы соединения фаз генератора и трехфазных потребителей: в “звезду” и в “треугольник”.

При соединении в “звезду” (рис. 34) концы фаз генератора (потребителя) соединяются в одну точку, которая называется нейтралью генератора (потребителя). От начал фаз генератора идут провода к потребителю, они называются линейными. Провод, соединяющий нейтрали генератора и потребителя, называется нулевым или нейтральным.

Рис. 34. Схема подключения фаз генератора и трехфазного потребителя «звездой»

Таким образом, образуется трехфазная четырехпроводная система, наиболее распространенная. В ней различают фазные напряжения (U_Ф) – напряжения между началом фазы и нейтралью (U_A, U_B, U_C), линейные напряжения (U_л) – напряжения между линейными проводами (U_AB, U_BC, U_CA) (рис. 35). Они опережают фазные на 30^°, а соотношение между ними

Рис. 35. Векторная диаграмма напряжений трехфазного генератора

Ток в линейных проводах называется линейным (I_л), в фазах генератора и потребителя – фазным (I_фг, I_фп). Для соединения в “звезду” фазные и линейные токи равны.

В общем случае, если комплексные сопротивления фаз потребителя различны по величине и фазе, расчет ведется для каждой фазы в отдельности по закону Ома:

Ток в нейтральном проводе по первому закону Кирхгофа определяется векторной суммой фазных токов:

Нагрузка в трехфазной цепи может быть:

- неоднородной и неравномерной, если сопротивления фаз нагрузки различны по модулю и аргументу (; );

- равномерной, если сопротивления фаз равны по модулю, но отличаются по аргументу (; );

- однородной, если сопротивления фаз нагрузки одинаковы по аргументу, но отличаются по модулю (; );

- симметричной, если сопротивления фаз одинаковы и по модулю и по аргументу (; ).

При симметричной нагрузке ток в нейтральном проводе равен нулю. При несимметричной нагрузке и при обрыве нейтрального провода появляется напряжение между нейтралью генератора и нейтралью нагрузки. Это напряжение называют напряжением смещения потенциала нейтрали нагрузки. В общем случае его можно найти по формуле:

где , , , - проводимости фаз А, В, С и нейтрали соответственно, а , , - фазные напряжения.

Мощность трехфазной электрической цепи.

Мгновенное значение полной мощности в трехфазной системе равно сумме мощностей фаз:

Уравновешенной называют такую систему, мощность которой постоянна и не зависит от времени.

В однофазной системе ЭДС мгновенное значение мощности пульсирует во времени. Поэтому трехфазные системы с несимметричной нагрузкой называют неуравновешенными (уравновешенной считают трехфазную систему с симметричной нагрузкой).

Для расчета мощности трехфазной системы рассчитывают активную и реактивную мощности в каждой фазе:

, ,

а затем, складывают их:

, .

Полная мощность:

Если нагрузка симметрична (комплексные сопротивления равны по модулю и по фазе), то расчет ведется для одной фазы, а общую мощность трехфазной системы рассчитывают по формуле:

, .

На практике принято выражать мощность через линейные значения тока и напряжения:

, .

Тогда полная мощность:

Если известны активная мощность Р, напряжение U и ток I при симметричной нагрузке, то коэффициент мощности рассчитывается по формуле:

ПРОГРАММА РАБОТЫ И УКАЗАНИЯ К ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ

Перед выполнением работы необходимо изучить схему установки, систему расположения источника питания 3-фазного напряжения.

1. Ознакомиться со схемой, приведенной на рис.36.

Рис.36. Схема электрическая принципиальная

2. Начертить таблицу для записи измерений.

Таблица 8

№ опыта	U_A, V	U_B, V	U_C, V	U_AB, V	U_BC, V	U_CA, V	I_N, mA	I₁, mA	I₂, mA	I₃, mA

3. Собрать цепь, приведенную на рис. 36, и после проверки ее преподавателем включить напряжение питания стенда и выполнить задание при следующих режимах работы потребителей:

1) равномерная нагрузка с нейтральным проводом,

2) равномерная нагрузка без нейтрального провода,

3) неравномерная нагрузка с нейтральным проводом,

4) неравномерная нагрузка без нейтрального провода.

Равномерная и неравномерная нагрузки фаз устанавливаются с помощью переключателя на стенде и контролируются по показаниям амперметра, который включается поочередно в каждую ветвь с помощью тумблера «измерение тока».

4. Рассчитать величину протекающих фазных токов I₁, I₂, I₃ и их косвенную погрешность dI₁, dI₂, dI₃ для каждого опыта.

5. Построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов для всех опытов.

6. Сравнить длину построенного вектора тока нейтрали с измеренным значением для каждого опыта.

7. Определить отношение среднего линейного напряжения к среднему фазному для равномерной нагрузки с нейтральным проводом.

СОДЕРЖАНИЕОТЧЕТА

1. Название работы.

2. Цельработы.

3. Оборудование.

4. Исследуемая схема.

5. Данные эксперимента, сведенные в таблицу 8.

6. Расчет токов I₁, I₂, I₃ и их погрешностей dI₁, dI₂, dI_3.

7. Отношение среднего линейного напряжения к среднему фазному (для равномерной нагрузки с нейтральным проводом).

6. Построенные для всех четырех режимов работы цепи векторные диаграммы напряжения и токов.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Какие два вида напряжений и токов различают в трехпроводных электрических цепях?

2. Каковы соотношения между линейными и фазными напряжениями и линейными и фазными токами при соединении приемников звездой?

3. Как в четырехпроводной линии опытным путем определить линейные и нейтральные провода при наличии вольтметра?

4. Какие виды нагрузок в трехфазной электрической цепи вы знаете?

5. Какое назначение имеет нейтральный провод? Почему в нейтральный провод не ставят плавкий предохранитель?

6. Чему равен ток в нейтральном проводе при симметричной и несимметричной нагрузке?

7. Как изменится режим работы трехфазной цепи (соединение приемников звездой) при обрыве одной из фаз?

8. Как изменится режим работы трехфазной цепи (соединение приемников звездой) при коротком замыкании одной из фаз?

ЛИТЕРАТУРА

1. Электротехника под ред. Пантюшина В.С. М.: Высшая школа, 1976.

2. Касаткин А.С. Электротехника. – М.: Энергия, 1973.

3. Общая электротехника под ред. Блажкина. - Л.: Энергия, 1979.

4. Евсюков А.А. Электротехника. – М.: Просвещение, 1979.

5. Электротехника под ред. Шихина А.Я. – М.: Высшая школа, 2001.

6. Попов В.С, Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Энергия,1976.

7. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Гардарики, 2002.

8. Синдеев Ю.Г. Электротехника: [Учеб.для вузов].- Ростов н/Д: Феникс, 1999.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКОВ ТРЕУГОЛЬНИКОМ

Цель работы:

1. Исследовать трехфазную цепь переменного тока при соединении потребителей (приемников) треугольником.

2. Определение соотношения фазных и линейных токов опытным путем.

3. Построение векторных диаграмм для трехфазной электрической цепи при соединении потребителей треугольником.

Необходимые приборы и оборудование:

Стенд с:

1. Источником трехфазного напряжения.

2. Амперметром.

3. Вольтметром.

4. Набором сопротивлений.

ОБЩИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Фазы обмоток трехфазного генератора могут быть соединены в «звезду» или в «треугольник». При соединении фаз генератора в треугольник нагрузку подключают к его вершинам (рис. 37):

Рис. 37. Соединение «звездой» обмоток трехфазного генератора

При этом линейные и фазные ЭДС оказываются равными: .

Такое соединение возможно лишь при симметричном источнике. В этом случае фазы образуют замкнутый контур, ток в котором отсутствует. Практически невозможно выполнить все обмотки одинаковыми, т.е. система ЭДС всегда несимметрична. В ней появляется уравнительный ток, что нежелательно. Поэтому обмотки генератора, как правило, соединяют «звездой».

На практике обычно задается значение линейного напряжения источника. Стандартом предусмотрена шкала линейных напряжений: 127В, 220В, 380В, 500В, 660В и т.д., каждое из которых в раз больше предыдущего.

Если три фазы приемника с фазным сопротивлением Z_ab, Z_bc, Z_ca, включить непосредственно между линейными проводами трехпроводной цепи, то получим соединение приемников треугольником (рис.38).

Рис.38. Подключение приемников, соединенных треугольником к трехфазному генератору

При симметричной нагрузке Z_ab=Z_bc=Z_ca. Если пренебречь сопротивлением линейных проводов, то фазные напряжения приемника будут равны соответствующим линейным напряжениям источника питания:

U_ф=U_л.

Токи I_ab, I_bc, I_ca называют фазными, а токи I_A, I_B, I_C – линейными.

Если заданы сопротивления фаз приемника, то фазные токи определяются по формулам:

; ; .

Применив первый закон Кирхгофа для узлов а, в, с (рис.38), получим:

; ;

Из уравнений следует, что любой из линейных токов равен геометрической разности соответствующих векторов токов тех фаз приемника, которые соединяются с данным линейным проводом.

Сумма токов трехфазной трехпроводной системы равна нулю:

Векторная диаграмма напряжений и токов при симметричной нагрузке, соединенной треугольником приведена на рис.39. Векторы линейных и фазных токов составляют симметричные трехфазные системы. Можно доказать, что

Ток каждого электроприемника называется фазным и определяется по формуле:

При несимметричной нагрузке соединенной треугольником, фазные и линейные токи составляют несимметричную трехфазную систему. Важной особенностью соединения фаз приемника треугольником является симметрия напряжения на фазах потребителя при любой несимметричной нагрузке. Поэтому такое соединение широко используется при несимметричной нагрузке, в частности, ламп накаливания.

Рис. 39. Векторная диаграмма при симметричной нагрузке

Рассмотрим аварийные ситуации при соединении нагрузки «треугольником»:

1) При обрыве фазы нагрузки, например ab:

, .

Для упрощения примем . Тогда токи в линейных проводах:

; ;

При этом сохраняется условие:

Напряжения на фазах нагрузки и остаются неизменными.

2) При обрыве линейного провода (например, А) схема преобразуется в однофазную. Если предположить, что нагрузка симметрична (), то из рис. 39 следует:

; ; .

Напряжения на фазах нагрузки ab и ca уменьшаются в два раза, т.к. сопротивления равны.

На практике в трехфазную цепь включают сразу несколько потребителей электрической энергии, соединенных как в «звезду», так и в «треугольник». Поэтому, для расчета таких схем преобразуют треугольники сопротивления в «звезду» и обратно.

ПРОГРАММА РАБОТЫ И УКАЗАНИЯ К ЕЕ ВЫПОЛНЕНИЮ

Перед выполнением работы необходимо изучить схему установки.

1. Ознакомиться со схемой, приведенной на рис.38, для проведения опытови зарисовать ее в отчет.

2. Начертить таблицу для записи измерений

Таблица 9

№ опыта	Напряжения	Фазные токи	Линейные токи
U_AB	U_BC	U_CA	I_ab	I_bc	I_ca	I_A	I_B	I_C

Нагрузкой каждой фазы приемника является резистор. Изменение тока нагрузки осуществляется с помощью тумблера.

3. Собрать цепь, включить напряжение питания стенда и исследовать следующие режимы работы схемы:

1) при равномерной нагрузке фаз, все фазы включены;

2) при неравномерной нагрузке фаз, все фазы включены;

3) при неравномерной нагрузке фаз, но при обрыве линейного провода.

Обрыв линейного провода (фаза а) и подключение равномерной/неравномерной нагрузки осуществляется с помощью тумблеров на лицевой панели установки.

Измерение напряжений производится поочередным подсоединением вольтметра к соответствующим точкам цепи. Измерение токов осуществляется путем последовательного включения амперметра в различные участки цепи (на рис. 40 представлены схемы подключения амперметра).

Рис.40. Схемы электрические принципиальные

4. Из опытных данных найти отношение среднеарифметических значений линейных и фазных токов при равномерной нагрузке (все фазы включены) и сравнить его с теоретическим значением этой величины.

5. Рассчитать теоретические значения фазных и линейных токов, а также их погрешности и сравнить полученные результаты с измеренными.

6. Построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токовдля равномерной и неравномерной нагрузки фаз (при включенных фазах). По средним токам I_ab,I_bc,1_ca найти графическим методом линейные токи I_a, I_b, I_c исравнитьи х с измеренными.

7. Построить векторную диаграмму напряжений и токов при обрыве линейного провода.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название работы.

2. Цель работы.

3. Оборудование.

4. Исследуемая схема.

5. Измеренные и расчетные данные.

6. Векторные диаграммы токов и напряжения для всех режимов работы исследуемой схемы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Начертить электрическую схему соединения потребителей треугольником.

2. Какая нагрузка в трехфазной цепи называется симметричной, а какая несимметричной?

3. Какие два вида напряжений и токов различают в трехфазных цепях?

4. Каковы соотношения между линейными и фазными напряжениями и токами при соединении приемников треугольником?

5. Докажите, что в трехфазной цепи при соединении потребителей треугольником сумма линейных токов всегда равна нулю.

6. Как изменится режим в трехфазной цепи при обрыве одной из фаз?

7. Объясните, почему в трехфазной цепи при соединении приемников треугольником режим короткого замыкания одной из фаз - аварийный режим?

8. Объясните построение векторных диаграмм данной лабораторнойработы.

ЛИТЕРАТУРА

1. Электротехника под ред. Пантюшина В.С. М.: Высшая школа, 1976.

2. Касаткин А.С. Электротехника. – М.: Энергия, 1973.

3. Общая электротехника под ред. Блажкина. - Л.: Энергия, 1979.

4. Евсюков А.А. Электротехника. – М.: Просвещение, 1979.

5. Электротехника под ред. Шихина А.Я. – М.: Высшая школа, 2001.

6. Попов В.С, Николаев С.А. Общая электротехника с основами электроники. – М.: Энергия,1976.

7. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. - М.: Гардарики, 2002.

8. Синдеев Ю.Г. Электротехника: [Учеб.для вузов].- Ростов н/Д: Феникс, 1999.

⇐ Предыдущая 1 2 34