По закону Ома ток линии 3 страница

2) рассчитать емкость С _Р, необходимую для настройки цепи рис. 5.4 в резонанс токов, вычислить в резонансном режиме токи I, I _K, I_C, мощности Р и
Q = Q_L – Q_C, коэффициент мощности. Расчетными значениями заполнить строку табл. 5.3 (для С = С _Р).

Таблица 5.1

Вариант
Резонанс напряжений	U, В
R, Ом		32,5						37,5
L, Гн	0,48
Резонанс токов	U, В
R, Ом
L, Гн	0,358	0,266

 

Порядок выполнения работы

1. Собрать электрическую цепь по схеме рис. 5.3.

 

 

U*

C

R К, L К

R р

U C

U K

I*

I

РА

P j

U

РV 3

РV 2

РV 1

~ 220

U

Рис. 5.3

 

 

2. Установить на входе цепи напряжение U согласно варианту задания для резонанса напряжений. Изменяя емкость конденсаторов, получить резонанс напряжений (при этом показание фазометра j = 0). Изменяя сопротивление реостата R _р, установить ток I, равный расчетному в табл. 5.2 при С = С _р. Сравнить напряжения U _K и U_C с расчетными значениями. После этого произвести три измерения при С < С _Р и три измерения при С > С _Р. Результаты измерений записать в табл. 5.2.

3. По результатам измерений и параметрам элементов R и L рассчитать и записать в табл. 5.2 активную мощность Р, реактивную мощность Q, активную U_R и реактивную U_L составляющие напряжения U _K, емкость конденсаторов С.

 

 

Таблица 5.2

	Измерено	Вычислено
U, В	I, А	U К, В	UС, В	j,°	cosj	P, Вт	Q, вар	UR, В	UL, В	C, мкФ
С < С Р
С = С Р
С > С Р

 

4. Построить в масштабе две векторные диаграммы для случаев:

С < С _Р и С = С _Р. На диаграммах показать вектор тока и векторы напряжений U, U _К, U _C, U _R, U _L.

5. Построить совмещенные графики зависимостей I, U_L, U_C, j = f (C).

6. Собрать электрическую цепь по схеме рис. 5.4.

 

U*

I

РА 1

I*

I

P j

U

РА 3

РА 2

R р

I С

I к

РV 1

~ 220

R к

U

L

Рис. 5.4 220

 

7. Установить на входе цепи напряжение U согласно варианту задания для резонанса токов (табл. 5.1). Изменяя сопротивление реостата R _р при отключенной батарее конденсаторов, установить ток I _К, равный расчетному
(табл. 5.3). Изменяя емкость С, получить резонанс токов (при этом j=0). Сопоставить токи I и I_С с расчетными значениями в табл. 5.3. Произвести три измерения при С < С _Р и три измерения при С > С _Р, результаты записать в табл. 5.3.

Таблица 5.3

	Измерено	Вычислено
U, В	I 1, А	I 2, А	I 3, А	j,°	cosj	P, Вт	QL, вар	QC, вар	Q, вар	C, мкФ
С < С Р
С = С Р
С > С Р

 

8. По результатам измерений и параметрам элементов рассчитать и записать в табл. 5.3 активную мощность Р, реактивные мощности Q_L, Q_C, Q = Q_L – Q_C и емкость конденсаторов С.

9. Построить в масштабе две векторные диаграммы для случаев: С < С _Р и С = С _Р. На диаграммах показать векторы напряжения и токов
.

10. Построить совмещенные графики зависимостей I, cos j, Q = f (C).

 

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Схемы электрических цепей для исследования резонансов (рис. 5.3, 5.4).

3. Исходные данные и полный расчет предварительного задания к эксперименту.

4. Таблицы вычислений и измерений, четыре векторные диаграммы.

5. Графики зависимостей I, U_L, U_C, j = f (C) для последовательной цепи и I, cosj, Q = f (C) для параллельной цепи.

6. Выводы об энергетических процессах и о практическом использовании резонансов в технике.

Контрольные вопросы

1. Каковы условия возникновения резонанса напряжений (токов) и как его можно получить?

2. По каким признакам можно убедиться, что в цепи наступил резонанс напряжений (токов)?

3. Должны ли быть равны при резонансе напряжения U_К и U_C?

4. Как изменятся ток I и мощность Р, если в последовательной цепи, настроенной в резонанс, увеличить сопротивление R в два раза?

5. Как изменятся мощности Р и Q в последовательной (параллельной) цепи, если после настройки в резонанс увеличить частоту источника?

6. Сохранится ли в цепях рис. 5.3, 5.4 резонанс, если после настройки в резонанс увеличить сопротивление R?

7. Как строятся векторные диаграммы для исследованных цепей?

8. Какие энергетические явления происходят при резонансах?

9. Дайте анализ зависимостей I, U_L, U_C, j = f (C); I, cosj, Q = f (C).

10. Каково практическое использование резонансных явлений в технике?

11. Каковы устройство, принцип действия и условные обозначения приборов электромагнитной и электродинамической систем?

 

 

Лабораторная работа 1.6

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ

Цель работы: исследование влияния компенсации реактивной мощности потребителя электроэнергии на технико-экономические показатели электропередачи.

Общие сведения

Большинство современных потребителей электроэнергии переменного тока наряду с активной мощностью Р потребляет из сети реактивную (индуктивную) мощность Q_L. Это обусловлено тем, что электродвигатели, трансформаторы и другие электротехнические устройства содержат обмотки, связанные с переменными магнитными полями, т.е. помимо активного сопротивления обладают индуктивностью.

Потери активной мощности в линии электропередачи (ЛЭП), питающей потребитель и имеющей сопротивление R _л,

Из этого выражения видно, что потери активной мощности в линии можно разделить на две составляющие: потери от передачи активной мощности Р и потери от передачи реактивной мощности Q. Отношение Q / Р = tgj называют коэффициентом реактивной мощности (cosj = P / S – коэффициент активной мощности). Естественный tgj промышленных предприятий (без установки специальных компенсирующих устройств) обычно находится в пределах
tgj = 0,7...1, т.е. реактивная мощность составляет от 70% до 100% активной. Следовательно, большое потребление реактивной мощности существенно повышает потери в питающих сетях и удорожает передачу электроэнергии потребителю.

Кроме того, загрузка генераторов, трансформаторов и ЛЭП реактивной мощностью требует повышения установленной мощности генераторов и трансформаторов, а также сечения проводов ЛЭП. Генераторы и трансформаторы рассчитывают на определенный номинальный ток I _ном и номинальную мощность , превышать которые нельзя: . При данной активной мощности потребителя Р возрастание Q требует установки генераторов и трансформаторов большей номинальной мощности S _ном и сооружения ЛЭП с большей пропускной способностью (большим сечением проводов). В результате капитальные затраты на сооружение электростанций, трансформаторных подстанций и ЛЭП, а также текущие расходы на их обслуживание возрастают. Полная или частичная разгрузка электростанций и ЛЭП от реактивной мощности существенно повышает экономичность систем электроснабжения.

Потребление реактивной мощности снижают с помощью организационно-технических мероприятий и путем компенсации реактивной мощности.

К организационно-техническим мероприятиям относятся:

а) упорядочение технологических процессов с целью повышения загрузки оборудования и асинхронных двигателей, так как при малой загрузке коэффициент реактивной мощности tgj = Q / Р резко возрастает;

б) замена малозагруженных асинхронных двигателей и трансформаторов двигателями и трансформаторами меньшей мощности;

в) ограничение времени работы двигателей в режиме холостого хода;

г) применение, где это возможно, вместо асинхронных двигателей синхронных, работающих с cosj, близким к 1, либо с потреблением емкостной мощности.

Как правило, одних организационно-технических мероприятий оказывается недостаточно и дальнейшее снижение Q осуществляют путем компенсации части или всей реактивной мощности потребителя. Для этого параллельно потребителю подключают батареи конденсаторов (БК) или синхронные двигатели, работающие в режиме потребления емкостной мощности (рис. 6.1а).

 

 

 

Ток потребителя имеет активную и индуктивную составляющие (рис. 6.1). Подключение БК приводит к появлению емкостного тока , который компенсирует реактивную составляющую тока в линии до величины
I _P = I_L – I_C.

Умножив это равенство на U, получим уравнение для мощностей

Q = Q_L – Q_C или Q + Q_C = Q_L.

Последнее соотношение означает, что генератор, вырабатывающий реактивную мощность Q, и БК мощностью Q_C совместно покрывают реактивную мощность потребителя Q_L. Следовательно, БК по существу является местным источником реактивной мощности.

Физическое объяснение роли конденсаторов в процессе компенсации реактивной мощности состоит в следующем. Генерирование и потребление реактивной мощности представляет периодический обмен энергией между источником и потребителем. Емкость конденсаторов С и индуктивность потребителя L образуют колебательный контур (рис. 6.1а), в котором осуществляется обмен энергией между С и L. Принимая на себя основную часть указанного колебательного процесса, БК разгружает от него генератор и ЛЭП.

Целесообразная степень компенсации реактивной мощности определяется экономическими соображениями. Для небольших предприятий часто экономически выгодна полная компенсация реактивной мощности
(Q_C = Q_L, Q = 0, tgj = 0).

Мощность БК, необходимая для компенсации реактивной мощности, определяется по формуле Q_C = Q _п– Q = P (tgj_п – tgj ),

где Р – активная мощность потребителя;

Q _п – естественная реактивная мощность потребителя;

Q – заданное значение реактивной мощности, поступающей из энергосистемы; tgj_п,tgj – естественный и требуемый коэффициенты реактивной мощности.

Предварительное задание к эксперименту

Приемник электроэнергии имеет полное сопротивление Z _п = 70 Ом, коэффициент реактивной мощности tgj_п = 2,05 ( j_п = 64°). Для компенсации реактивной мощности приемника параллельно ему включена батарея конденсаторов С (рис. 6.2).