Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

По закону Ома ток линии 4 страница




Определить и записать в табл. 6.3 активную Pп и реактивную Qп мощности приемника при напряжении на его зажимах U2 , а также мощность батареи конденсаторов QС = P(tgjп tgj2), необходимую для получения заданного вариантом коэффициента реактивной мощности tgj2 (табл. 6.1).

Таблица 6.1

Вариант
U2
tgj2 0,4 0,7 0,1 0,3 0,6 0,2 0,5 0,8
j2 21,8 35,0 5,7 16,7 31,0 11,3 26,6 38,7

Порядок выполнения эксперимента

1. Собрать электрическую цепь по схеме рис. 6.2

 

 


2. Установить на зажимах потребителя напряжение U2 согласно варианту табл. 6.1 и поддерживать его неизменным при всех измерениях. Изменяя емкость С батареи конденсаторов от нуля до наибольшего значения, измерить величины, указанные в табл. 6.2.

Таблица 6.2

U2, В U1, В Iл, А Iп, А IC, А cosj2 cosj1
             

 

3. Выполнить экспериментальную проверку предварительного задания. По результатам измерений при IC = 0 (табл. 6.2) рассчитать и записать в табл. 6.3 экспериментальные данные приемника Zп, jп, tgjп, Pп, Qп. Изменяя емкость батареи конденсаторов, довести коэффициент реактивной мощности tgj2 до значения, заданного в табл. 6.1. Определить мощность QC = U2 IC и сравнить ее с найденной в предварительном расчете (табл. 6.3).

Таблица 6.3

  Zп, Ом jп tgjп Pп, Вт Qп, вар tgj2 QC, вар
Расчет              
Эксперимент              

 

4. На основании данных табл. 6.2 вычислить и записать в табл. 6.4 активную мощность в конце линии P2 = U2 Iл cosj2 , активную мощность в начале линии P1 = U1 Iл cosj1, потери мощности , КПД h, потерю напряжения DU, реактивную мощность в конце линии Q2 = U2 Iл sinj2, мощность батареи конденсаторов QC , емкость батареи конденсаторов С.

Таблица 6.4

P2 , Вт P1 , Вт DP , Вт h DU , В Q2 , вар QC , вар C , мкф
               

5. Построить совмещенные графики зависимостей IЛ, DU, DР, h, Q2,
QC = f (QC / Qп),

где Qп – реактивная мощность потребителя, равная значению Q2 приQC = 0;

– степень компенсации реактивной мощности.

На основании данных табл. 6.2 построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов для трех опытов: двух крайних и одного промежуточного.

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Расчет предварительного задания.

3. Схема исследованной электрической цепи.

4. Таблицы измерений и вычислений.

5. Графики зависимостей.

6. Три векторные диаграммы.

7. Выводы о влиянии компенсации реактивной мощности на технико-экономические показатели электропередачи.

Контрольные вопросы

1. Дайте определение коэффициента реактивной мощности?

2. Какие отрицательные последствия вызывает передача потребителю реактивной мощности из энергосистемы?

3. Назовите организационно-технические мероприятия, снижающие потребление реактивной мощности.

4. Как осуществляется компенсация реактивной мощности?

5. Какова целесообразная степень компенсации реактивной мощности?

6. В чем состоит физическая сущность компенсации реактивной мощности с помощью батареи конденсаторов?


Лабораторная работа 1.7

ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ

Цель работы: исследование режимов работы четырех– и трехпроводных трехфазных цепей при соединении приемников звездой и треугольником.

Общие сведения

Трехфазной называют совокупность трех электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, но сдвинутые по фазе одна относительно другой на угол 120°.

Одним из преимуществ трехфазных цепей является возможность получения в одной электротехнической установке двух эксплуатационных напряжений – фазного и линейного, отличающихся друг от друга в раз. Это позволяет применять две схемы соединения трехфазных приемников: звезда(рис. 7.1 а) и треугольник(рис. 7.1 б).

Приемники соединяются звездой в том случае, когда их номинальное напряжение равно фазному напряжению источника. При соединении приемников по схеме звезды концы трех фаз X, Y, Z объединяются в одну общую точку n, называемую нейтральной. Нейтральная точка N источника питания может быть соединена с нейтральной точкой n приемника. Провод, соединяющий нейтральные точки N и n, называется нейтральным, а трехфазная цепь – четырехпроводной. Она применяется для питания несимметричных приемников ( ). Нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке. Благодаря ему, изменение нагрузки в любой из фаз приемника приводит к изменению токов только в данной фазе и в нейтральном проводе, а в других фазах режим работы не меняется.

 

 


 

Из схемы (рис. 7.1 а) видно, что при соединении приемников звездой фазные токи равны соответствующим линейным токам: Iф = Iл . По первому закону Кирхгофа ток нейтрального провода равен геометрической сумме фазных токов:

Линейные напряжения определяются геометрической разностью соответствующих фазных напряжений

При наличии нейтрального провода

Токи в каждой фазе приемника определяются по формулам:

Векторная диаграмма напряжений и токов изображена на рис. 7.2а.

 


 

При симметричной нагрузке ( ) токи равны по величине и сдвинуты по фазе на угол 120° друг относительно друга. Ток в нейтральном проводе отсутствует (IN = 0), и необходимость в этом проводе отпадает. Трехфазная цепь в этом случае выполняется трехпроводной (без нейтрального провода). Следовательно, в трехпроводную цепь при соединении нагрузки «звездой» включаются только симметричные трехфазные приемники: электрические двигатели, электрические печи и др.

При несимметричной нагрузке в трехфазной трехпроводной цепи между нейтральными точками приемника n и источника N появляется напряжение , называемое напряжением относительно нейтрали или напряжением смещения нейтрали (рис.7.2 б). Напряжение смещения нейтрали рассчитывается по методу двух узлов:

где – фазные напряжения источника,

– комплексные проводимости фаз приемника.

Фазные напряжения приемников находят на основании второго закона Кирхгофа:

.

Токи определяют по закону Ома

По схеме треугольника соединяются приемники, номинальные напряжения которых равно линейному напряжению источника. В этой схеме конец предыдущей фазы соединяется в одну точку с началом следующей (рис. 7.1 б) и каждая фаза приемника оказывается включенной на линейное напряжение источника, т.е. фазные напряжения приемника равны соответствующим линейным напряжениям источника питания: Uф = Uл .

Так как линейные напряжения источника практически не изменяются, то каждая фаза приемника работает независимо друг от друга, и треугольником соединяют как симметричную, так и несимметричную нагрузки.

Записав фазные напряжения приемника в комплексной форме

,

фазные токи определяют по закону Ома:

Линейные токи определяют как геометрическую разность соответствующих фазных токов из уравнений, составленных согласно первому закону Кирхгофа для узлов a, b и c (рис. 7.1б):

Векторная диаграмма напряжений и токов для нагрузки, соединенной треугольником, изображена на рис. 7.3.

 


При симметричной нагрузке ( ) фазные токи равны по величине, а углы сдвига фаз токов по отношению к соответствующим напряжениям одинаковы (jab = jbc = jca) . Линейные токи будут в раз больше фазных токов.

 

Предварительное задание к эксперименту

1. Начертить схему четырехпроводной трехфазной цепи (сопротивления приемников заданы в табл. 7.1).

2. Записать в комплексной форме фазные напряжения трехфазной цепи, если линейное напряжение Uл = 220 В. Рассчитать в четырехпроводной трехфазной цепи фазные токи приемников и ток в нейтральном проводе. Результаты расчета записать в табл. 7.2. Для проверки результатов расчета воспользоваться ПЭВМ, программа « cepi exe».

3. Начертить схему трехфазной цепи при соединении заданных в табл. 7.1 приемников треугольником. Записать в комплексной форме линейные напряжения и рассчитать фазные и линейные токи трехфазной цепи. Результаты расчета проверить на ПЭВМ (программа « cepi exe») и записать в табл. 7.3.

4. По результатам расчетов пунктов 2 и 3 построить векторные диаграммы напряжений и токов для каждой цепи.

Таблица 7.1

Вариант
, Ом -j100 -j100 -j100
, Ом -j100 -j100 -j100
, Ом -j100 -j100

Порядок выполнения эксперимента

1.Собрать четырехпроводную трехфазную цепь, используя приемники согласно табл. 7.1. Включить амперметры для измерения фазных токов и тока нейтрального провода.

2. Включить цепь под напряжение и измерить фазные (линейные) токи и напряжения приемников, ток IN , напряжение UnN . Результаты измерений записать в табл. 7.2. Сравнить их с результатами расчета.

3. Отключить нейтральный провод и провести исследование режима трехпроводной цепи согласно пункту 2. Сделать вывод о роли нейтрального провода.

4. В трехпроводной цепи выполнить опыты холостого хода фазы А ( ) и короткого замыкания ( ). Измерить и записать в табл. 7.2 напряжения и токи в этих режимах.

5. По результатам измерений пункта 4 построить две векторные диаграммы напряжений и токов ( при ).

Таблица 7.2

  Схема цепи Режим цепи Uab, В Ubc, В Uca, В Ua, В Ub, В Uc, В UnN, В Ia , А Ib, А Ic, А IN, А
Вычислено   (табл.7.1)        
Измерено                      
Измерено   (табл.7.1)                      
Измерено                        
                     

6. Собрать трехфазную цепь при соединении приемников , , (табл. 7.1) треугольником.

7. Включить цепь под напряжение и измерить фазные и линейные токи и напряжения. Результаты измерений записать в табл. 7.3. Сравнить их с результатами расчета.

Таблица 7.3

  Uab , В Ubc , В Uca , В Iab , А Ibc , А Ica , А IA , А IB , А IC , А
Вычислено            
Измерено                  

 

Содержание отчета

1. Цель работы.

2. Схемы четырехпроводной и трехпроводной трехфазных цепей. Полный расчет заданного в предварительном задании режима работы этих цепей.

3. Таблицы вычислений и измерений.

4. Векторные диаграммы (две по результатам расчета и две по экспериментальным данным).

5. Сравнительный анализ изученных трехфазных цепей.

Контрольные вопросы

1. Каковы преимущества и недостатки трехпроводных и четырехпроводных цепей.

2. Каково соотношение между линейными и фазными напряжениями и токами в четырехпроводной цепи ? При каком условии эти соотношения сохраняются в трехпроводной цепи при соединении приемников звездой?

3. Каково назначение нейтрального провода в четырехпроводной цепи?

4. Когда приемники соединяются звездой, треугольником?

5. Что такое напряжение смещения нейтрали, когда оно появляется и как его определить ?

6. Что происходит в трехпроводной симметричной цепи при обрыве и коротком замыкании одной из фаз ? Пояснить с помощью векторных диаграмм.

7. Каковы соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами при соединении симметричного приемника треугольником?

8. Как строятся векторные диаграммы напряжений и токов для исследованных цепей?

9. Как изменится мощность приемника при переключении его фаз со звезды на треугольник?


Лабораторная работа 1.8

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ ПРИ РАЗРЯДЕ
КОНДЕНСАТОРА

Цель работы:1) изучение влияния параметров разрядной цепи на процесс разряда конденсатора; 2) приобретение навыков применения электронного осциллографа для исследования переходных процессов.

Общие сведения

Процессы, происходящие при изменении режима электрической цепи, называют переходными. Они возникают в цепях, содержащих индуктивные и емкостные элементы, и обусловлены тем, что энергия магнитного и электрического полей не изменяется мгновенно.

Расчет токов и напряжений переходного режима производят с помощью уравнений, составленных по законам Кирхгофа для мгновенных значений токов и напряжений. В электрической цепи с постоянными параметрами R, L, C эти уравнения представляют собой линейные дифференциальные уравнения с постоянными коэффициентами. Общее решение линейного дифференциального уравнения равно сумме частного решения данного уравнения и общего решения его (при равенстве нулю правой части).

Частное решение находят для установившегося режима, полученные при этом токи и напряжения называют принужденными( ).

Токи и напряжения, полученные в результате общего решения уравнения без правой части, называют свободными( ). Постоянные интегрирования уравнений для свободных составляющих определяют из начальных условий, используя два закона коммутации:

1. Ток в ветви с индуктивностью не изменяется скачком.

2. Напряжение на емкостном элементе не изменяется скачком.

Алгебраическая сумма принужденной и свободной составляющих дает ток или напряжение переходного режима

; .

Рассмотрим переходный процесс при разряде конденсатора, заряженного до напряжения U0, через резистор с сопротивлением R (рис. 8.1а).


 

 


По второму закону Кирхгофа для цепи после коммутации

.

Так как , то .

Принужденная составляющая отсутствует, поэтому

,

где – постоянная времени – это время, за которое свободная составляющая уменьшается в e=2,718 раз;

– коэффициент затухания.

Постоянную интегрирования А находим из начальных условий:

при , т.е. .

Выражения для напряжения на конденсаторе при его разряде и тока разряда (рис. 8.1 б) имеют вид

; .

В процессе разряда конденсатора вся энергия его электрического поля превращается в тепло в резисторе R

.

При подключении заряженного конденсатора к катушке с активным сопротивлением R и индуктивностью L (рис. 8.2а) в зависимости от соотношения параметров R, L, C возможен апериодический или периодический (колебательный) разряд конденсатора.

В случае апериодического разряда напряжение на конденсаторе uc и ток i изменяются только по величине, не изменяя направления. С энергетической точки зрения это означает, что запасенная в конденсаторе энергия электрического поля преимущественно поглощается в сопротивлении R и лишь небольшая часть переходит в энергию магнитного поля катушки . Начиная с некоторого момента времени, в тепло преобразуется не только оставшаяся энергия электрического поля конденсатора, но и энергия, запасенная в магнитном поле катушки.

При колебательном разряде напряжение uc и ток i изменяются как по величине, так и по направлению. Колебания возникают вследствие периодического преобразования энергии электрического поля в энергию магнитного поля и обратно, причем эти колебания сопровождаются потерей энергии в активном сопротивлении. В процессе колебаний первоначально запасенная энергия постепенно преобразуется в тепло в активном сопротивлении и рассеивается в окружающем пространстве.

 

 

Процессы, возникающие в контуре (рис. 8.2а), описываются следующим дифференциальным уравнением:

. (8.1)

Принужденный режим в цепи отсутствует и ; . Подставляя значение в уравнение (8.1), после дифференцирования получаем дифференциальное уравнение второго порядка

, (8.2)

которому соответствует характеристическое уравнение

.

Решение уравнения (8.2), т.е. характер разряда конденсатора, зависит от вида корней характеристического уравнения

,

которые могут быть действительными разными, действительными равными и комплексными сопряженными.

Апериодический разряд имеет место, если корни действительные и различные, т.е.

 

или .

 

В этом случае напряжение и ток

;

.

Кривые изменения напряжения на емкости и тока контура приведены на рис. 8.2б.

Предельный случай апериодического разряда – критический разряд – имеет место, если

или ;

Rкр – критическое сопротивление – такое наименьшее сопротивление контура, при котором процесс разряда еще имеет апериодический характер.

Колебательный разряд конденсатора будет при условии, если

или .

Корни в этом случае комплексные и сопряженные

,

где – коэффициент затухания;

– угловая частота свободных колебаний

цепи R, L, C;

– период свободных колебаний.

Выражения напряжения uc и тока i при колебательном разряде конденсатора

;

.


Поможем в написании учебной работы
Поможем с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой





Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 706. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2022 год . (0.095 сек.) русская версия | украинская версия
Поможем в написании
> Курсовые, контрольные, дипломные и другие работы со скидкой до 25%
3 569 лучших специалисов, готовы оказать помощь 24/7