Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
ПО ЭЛЕКТРОТЕХНИКЕ
ДЛЯ СТУДЕНТОВ
НЕЭЛЕКТРОТЕХНИЧЕСКИХ СПЕЦИАЛЬНОСТЕЙ
Часть 1
Астрахань 2005
Зайнутдинова Л.Х., д.п.н., профессор, зав. кафедрой «Электротехника»
Холин В.И., доцент кафедры «Электротехника»
Сенина О.А., ассистент кафедры «Электротехника»
Тимофеев Д.Н., ассистент кафедры «Электротехника»
Рецензент: Мащенко А.И., доцент кафедры «Электрооборудование и автоматика судов»
Зайнутдинова Л.Х., Холин В.И., Сенина О.А., Тимофеев Д.Н. Методические указания к лабораторным работам по электротехнике для студентов неэлектротехнических специальностей. Часть 1./ АГТУ. – Астрахань, 2005г. – 33с.
Методические указания включают технику и методику выполнения 6 лабораторных работ по первой части курса электротехники «Электрические и магнитные цепи».
Методические указания содержат рекомендации по проведению эксперимента, оформлению протокола испытаний, правила техники безопасности при выполнении лабораторных работ по электрическим цепям постоянного, однофазного и трехфазного синусоидального токов, контрольные вопросы, тестовые программы контроля знаний.
Методические указания предназначены для подготовки к лабораторным работам студентов неэлектротехнических специальностей.
Методические указания утверждены Учебно-методическим советом Института морских технологий, энергетики и транспорта. Протокол №______ от «22»ноября 2005г.
Методические указания утверждены кафедрой электротехники. Протокол №3 от «22»ноября 2005г.
© Зайнутдинова Л.Х., Холин В.И., Сенина О.А., Тимофеев Д.Н.
© Астраханский государственный технический университет
Содержание
|
стр |
|
|
Техника и методика выполнения лабораторных работ в лаборатории электрических цепей |
4 |
|
Лабораторная работа N 1 «Исследование режимов работы распределительной сети постоянного тока» |
11 |
|
Лабораторная работа N 2 «Последовательное соединение индуктивной катушки и конденсатора в цепи синусоидального тока» |
15 |
|
Лабораторная работа N 3 «Компенсация реактивной мощности. Параллельное соединение индуктивной катушки и конденсатора в цепи синусоидального тока» |
19 |
|
Лабораторная работа N 4 «Исследование трехфазной цепи при соединении приемников по схеме «звезда»» |
24 |
|
Лабораторная работа N 5 «Исследование трехфазной цепи при соединении приемников по схеме «треугольник»» |
28 |
|
Лабораторная работа N 6 «Исследование нелинейной индуктивной катушки» |
32 |
ТЕХНИКА И МЕТОДИКА ВЫПОЛНЕНИЯ
ЛАБОРАТОРНЫХ ЗАНЯТИЙ В ЛАБОРАТОРИИ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Основные задачи лабораторного практикума по первой части курса электротехники «Электрические и магнитные цепи»:
-экспериментальное подтверждение основных положений теории электрических и магнитных цепей;
-обучение студентов методике проведения эксперимента;
-привитие навыков монтажа электрических цепей;
-знакомство с электроизмерительной аппаратурой и электрооборудованием;
-обучение методике обработки, анализа и оформления результатов эксперимента;
ПОРЯДОК ДОПУСКА К ЛАБОРАТОРНЫМ РАБОТАМ
К проведению эксперимента допускаются студенты:
-выполнившие в полном объеме задание для домашней подготовки к лабораторной работе;
-знающие правила техники электробезопасности;
-не нарушающие график выполнения и отчета предыдущих лабораторных работ.
Степень подготовленности к выполнению лабораторной работы проверяется преподавателем либо в беседе со студентами, либо с использованием тестовых заданий или на персональных компьютерах.
В случае недостаточной подготовленности к лабораторной работе студент не допускается к ее выполнению.
ПРОВЕДЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА
1. Лабораторные работы студенты выполняют бригадами, состав которых определяется преподавателем.
2. После получения разрешения на выполнение лабораторной работы студенты начинают сборку схемы.
3. Прежде всего, следует проверить наличие на данном рабочем месте всех измерительных приборов и аппаратуры, указанных в схеме, ознакомиться с их устройством, после чего характеристики измерительных приборов следует внести в бланк отчета по данной работе.
4. После сборки схемы, а также после каждого ее изменения, предусмотренного программой работы, схема должна быть показана преподавателю для проверки; включение схемы под напряжение осуществляется преподавателем или студентами с разрешения преподавателя.
5. При выполнении рабочего задания, предусмотренного методическим пособием к лабораторной работе, отсчеты по приборам следует производить очень внимательно. Записи показаний производятся в тех единицах, которые нанесены на шкале прибора, т.е. Вольт, Ампер, Ватт и т.д. Когда применяются многопредельные приборы, то запись производится в делениях шкалы прибора. По окончании опыта число делений шкалы переводят в измеряемые единицы путем умножения числа делений на постоянную измерений "С".
Она равна:
для амперметра
для вольтметра
для ваттметра
где Uн, IН - выбранные пределы измерений приборов,
N - число делений всей шкалы.
6. Во время лабораторной работы запрещается отлучаться из лаборатории без разрешения преподавателя.
7. Работа считается выполненной, если студент:
-предъявил преподавателю бланк отчета с результатами проведенных опытов;
-после разрешения преподавателя разобрал схему и привел в порядок рабочее место.
8. Если бригада не закончила работу в предусмотренное время, то работа прекращается и подлежит повторению в назначенный преподавателем день и час.
РУКОВОДСТВО ПО ОФОРМЛЕНИЮ ОТЧЕТА
Отчет оформляется на отдельных листах бумаги согласно прилагаемому образцу (см. приложение 1).
Приложение 1.
Образец отчета
АСТРАХАНСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
КАФЕДРА ЭЛЕКТРОТЕХНИКИ
ОТЧЕТ
О ВЫПОЛНЕНИИ лабораторной РАБОТЫ № ____
__________________________________
(ТЕМА РАБОТЫ)
Выполнил:
Студент группы ________
_______________ (Ф.И.О.)
Проверил:
Преподаватель (должность)
_______________ (Ф.И.О.)
|
ЭТАПЫ РАБОТЫ |
ДАТА |
ПОДПИСЬ ПРЕПОДАВАТЕЛЯ |
|
ДОПУСК |
||
|
ВЫПОЛНЕНИЕ ЭКСПЕРИМЕНТА |
||
|
ОФОРМЛЕНИЕ ОТЧЕТА |
||
|
ЗАЧЕТ |
1. Цель работы
2. Объекты и средства исследований
Схема электрической цепи.
Наименование электроизмерительных приборов и их характеристика
|
Наименование ЭИП |
Тип |
Система |
Род тока |
Класс точности |
Предел измерений |
Цена деления |
Конструкция |
3. Таблицы испытаний и расчетов
|
№№ п/п |
Измерено |
Вычислено |
Испытание произвел студент ____________________ ФИО
Результаты испытаний
просмотрены ______________________Подпись руководителя занятия
4. Основные расчетные формулы
5. Графические зависимости
6. Заключение
Характеристика измерительных приборов (предел измерения, цена деления шкалы, род тока, система, класс точности…) снимается со шкалы прибора в виде условных обозначений.
Схему установки и таблицы опытных и расчетных параметров следует выполнять карандашом с применением чертежных инструментов.
Графики и диаграммы следует выполнять на масштабной бумаге и прикладывать к отчету. Векторные диаграммы следует строить в масштабе, который указывается рядом с диаграммой (например, 2 В/мм или 0,1 А/мм).
При вычерчивании графиков следует выбирать такой масштаб и шкалу, которые придавали бы графикам наибольшую наглядность. Оси графиков снабжаются шкалами с обозначениями откладываемых величин, причем единицу измерения располагают рядом с последним делением шкалы. Во всех случаях за начало осей принимается точка с координатами (0;0). Графики вычерчивают четкими линиями с использованием чертежных приборов. Кривая проводится по опытным точкам в виде плавной линии, с учетом заранее известного характера данной функции. Полученные из опытов однородные характеристики изображаются на одном графике, причем масштабы характеристик с одной и той же единицей измерения должны быть одинаковыми (см. рис. В.1).
Рис. В.1.
Заключение должно содержать конкретно сформулированный критический анализ и оценку результатов работы. При этом следует оценивать соответствие полученных результатов теоретическим соображениям, анализ возможных расхождений между опытными и теоретическими данными за счет погрешностей проведения опыта.
ОБОРУДОВАНИЕ ЛАБОРАТОРИИ
Лаборатория электрических цепей кафедры электротехники оборудована десятью лабораторными стендам типа ЛЭС – 5.
Приборный щит стенда имеет шесть блоков:
-распределительный;
-питания;
-трехфазного трансформатора;
-ламповых реостатов;
-конденсаторов;
-резисторов.
Распределительный блок имеет две розетки 220В и 127В, выходные клеммы трех фаз и нейтрального провода: А, В, С, 0. Подача напряжения на эти клеммы осуществляется пакетным выключателем, сигнализация о наличии напряжения обеспечивается лампочками Л1– Л3.
Блок питания состоит из понижающего трансформатора с тремя вторичными обмотками, к которым подключены выпрямители, собранные по двухполупериодной схеме.
Выходные напряжения постоянного тока лежат в пределах 5– 20 В.
В блоке питания есть 4 диода с обратным напряжением на 300 В и током 5 А.
Блок трехфазного трансформатора рассчитан на 220/127 В, мощность 120 Вт.
Выходные клеммы блока:
-начала первичной обмотки А, В, С; концы Z, Y, X;
-начала вторичной обмотки а, в, с; концы x, y, z;
Блок ламповых реостатов имеет три ламповых реостата по 5 ламп в каждом (220 В, 25 Вт); количество ламп может быть изменено с помощью выключателей. Ламповый реостат используется в качестве активной нагрузки.
Блок конденсаторов представляет собой батарею конденсаторов переменной емкости от 0,25 мкФ до 34,75 мкФ. Количество параллельно включенных конденсаторов может быть изменено с помощью выключателей.
Кроме того, в блоке есть три конденсатора постоянной емкости: 10, 20 и 30 мкФ.
Блок резисторов – набор резисторов определенного сопротивления:
R1 = 100 Ом, R2 = 35 Ом, R3 = 75 Ом, R4 = 75 Ом, R5 = 30 Ом, R6 = 1МОм, R7 = 2 МОм.
Блок резисторов имеет два выключателя SA1 и SA2, которые могут быть использованы для коммутации цепей.
Попадание человека под напряжение может причинить серьезную травму и даже оказаться опасным для жизни. Поэтому при работе с установками, находящимися под напряжением, следует строго соблюдать правила техники безопасности. В условиях учебной лаборатории самым главным фактором является дисциплина и высокий уровень организации работы. При хорошо продуманных действиях возможность совершения ошибок будет минимальной, и поэтому минимальна возможность поражения электрическим током. Помимо организационных мероприятий, существует еще ряд специальных требований, подлежащих выполнению в лаборатории электрических цепей:
-схема собирается так, чтобы был свободный доступ к щитку питания, всем выключателям, регулирующим устройствам и переключателям диапазонов измерительных приборов. Шкалы измерительных приборов должны быть хорошо видны и не перекрываться проводами. Особенно следует избегать длинных (висячих) проводов, задевание которых может привести к смещению приборов или падению их со стола;
-при сборке схемы следует использовать соединительные провода с ненарушенной изоляцией;
-при появлении искрения, перегрева (обнаруживается по специфическому запаху) следует немедленно отключить схему от источника питания.
КАТЕГОРИЧЕСКИ ЗАПРЕЩЕНО:
-включать собранную схему под напряжение без проверки ее преподавателем;
-прикасаться к неизолированным, находящимся под напряжением, частям аппаратуры;
-производить изменения в схеме во включенном состоянии.
С ЦЕЛЬЮ ОБЕСПЕЧЕНИЯ СОХРАННОСТИ ЛАБОРАТОРНОГО ОБОРУДОВАНИЯ НЕЖЕЛАТЕЛЬНО МАНИПУЛИРОВАНИЕ С НЕНУЖНЫМИ В ДАННОЙ РАБОТЕ ЭЛЕМЕНТАМИ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА.
ИССЛЕДОВАНИЕ РЕЖИМОВ РАБОТЫ
РАСПРЕДЕЛИТЕЛЬНОЙ СЕТИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
Исследовать различные режимы работы распределительной сети постоянного тока при изменении подключенной к ней нагрузки.
2.ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Схема электрической цепи.
рис. 1.1.
2.2. Описание лабораторной установки.
Объект исследования – физическая модель распределительной сети, соединяющей источник электрической энергии с приемником (нагрузкой) Rпр, выполненная на резисторе R1.
В качестве источника постоянного напряжения используется однополупериодная схема выпрямления, собираемая на диоде VD1 блока питания, на который переменное напряжение подается с клемм «А» и «О» распределительного блока.
В качестве приемника (нагрузки) используются три ламповых реостата, соединенных между собой параллельно.
Измерение напряжений источника U1 и потребителя U2 осуществляется одним вольтметром PV, ток измеряется амперметром PA.
Для осуществления режима короткого замыкания параллельно приемнику включается выключатель SA.
3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ.
3.1. Подготовить бланк протокола.
3.2. Изучить по конспекту лекций и учебникам теоретический материал.
3.3. Пройти собеседование и получить допуск к работе.
3.4. Собрать электрическую цепь, схема которой изображена на рис. 1.1., и предъявить ее для проверки преподавателю.
3.5. Отключить все лампы лампового реостата и выключатель SA, установив таким образом в цепи режим холостого хода (Rпр=∞).
3.6. Подать питание на клеммы «А» и «О» с помощью выключателя распределительного блока. Измерить напряжения источника U1, нагрузки U2 и ток I. Результаты измерений внести в первую строку таблицы 1.1.
3.7. Включить выключатель SA, что приведет к возникновению в цепи режима короткого замыкания (Rпр=0). Измерить U1, U2, I. Результаты измерений внести в последнюю строку таблицы 1.1.
3.8. Выключить выключатель SA. Увеличивая количество параллельно включенных ламп лампового реостата, создать в цепи согласованный режим, признаком которого является равенство тока в сети половине тока короткого замыкания. Данные согласованного режима запишите в 4 строку таблицы 1.1.
3.9. Изменяя количество включенных ламп, создайте в цепи еще 4 рабочих режима.
Для каждого из режимов работы измерить U1, U2, I. Результаты измерений внести в таблицу 1.1.
Таблица 1.1
|
№ |
Измерено |
Вычислено |
Примечание |
||||||
|
U1, В |
U2, В |
I, А |
P1, Вт |
P2, Вт |
η, % |
∆U, В |
Rпр, Ом |
||
|
1 |
|||||||||
|
2 |
|||||||||
|
3 |
|||||||||
|
4 |
|||||||||
|
5 |
|||||||||
|
6 |
|||||||||
|
7 |
3.10. Рассчитать:
1) сопротивление распределительной сети Rc = R1 по данным режима короткого замыкания.
2) для всех режимов работы сети:
P1 - мощность источника, P2 - мощность нагрузки,
DU - потери напряжения в сети, h - коэффициент полезного действия,
Rпр – сопротивление приемника.
3.11. Построить в одной системе координат графики функций U2(I), P1(I), P2(I), DU(I), h(I).
3.12. Сформулировать и записать выводы по работе.
4. Контрольные вопросы
4.1. Какая зависимость называется внешней характеристикой источника электрической энергии?
4.2. Охарактеризуйте каждый из основных режимов работы сети постоянного тока:
-режим холостого хода;
-режим короткого замыкания;
-согласованный режим;
-номинальный режим.
4.3. Как определяются потери напряжения и мощности в распределительной сети и какое влияние они оказывают на ее работу?
4.4. Почему режим максимальной мощности приемника электрической энергии не является номинальным режимом?
4.4. Типовая программа контроля знаний.
4.4.1. Используя закон Ома для активного участка цепи определить ток I этого участка если R1 = R2 = 1 Ом, Uаb = 10 В, Е1 = 2 В, Е2 = 4 В.
4.4.2. Для цепи постоянного тока определить входной ток I и токи I1, I2, I3, I4. К цепи подведено напряжение U = 240 В, сопротивления резисторов R1 = 20 Ом, R2 = 15 Ом,
R3 = 10 Ом, R4 = 5 Ом.
4.4.3. Определить потери напряжения в распределительной сети RС и токи I, I1, I2 в ветвях электрической цепи, если напряжение источника U = 240 В, сопротивления резисторов R1 = 10 Ом, R2 = 15 Ом, показание ваттметра составляет 7,2 кВт.
4.4.4. Чему равно к.п.д. распределительной сети, если сопротивления нагрузки и сети равны?
4.4.5. Для электрической цепи составить уравнения по 1 и 2 законам Кирхгофа
ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ИНДУКТИВНОЙ КАТУШКИ И КОНДЕНСАТОРА В ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
1.1. Овладение методикой экспериментального определения параметров элементов схем замещения приемников электрической энергии переменного тока.
1.2. Исследование цепи при изменении емкости конденсаторов.
1.3. Изучение режима резонанса напряжений.
2.ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Схема электрической цепи
|
рис. 2.1. |
2.2. Описание лабораторной установки.
Объекты исследования – реальная индуктивная катушка, обладающая активным Rк, индуктивным XL, полным Zк сопротивлениями и индуктивностью L, и батарея конденсаторов емкостью С (из блока конденсаторов стенда), а также их последовательное соединение.
Регулирование величины действующего значения синусоидального напряжения, подаваемого на вход исследуемой цепи, осуществляется автотрансформатором TV, подключаемым к клеммам «А» и «О» распределительного блока стенда.
Измерения напряжений на входе и на отдельных участках цепи осуществляются одним вольтметром PV; измерение тока – амперметром PA. Активная мощность цепи измеряется ваттметром PW.
Для шунтирования конденсатора в схему включается выключатель SA.
3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ.
3.1. Подготовить бланк протокола.
3.2. Изучить по конспекту лекций и учебникам теоретический материал.
3.3. Пройти собеседование и получить допуск к работе.
3.4. Определить параметры элементов схемы замещения индуктивной катушки, для чего собрать электрическую цепь, схема которой изображена на рис. 2.1. Все конденсаторы отключить.
Тумблер SА должен быть включен. Вольтметр PV следует подключить к выходным клеммам автотрансформатора TV. Рукоятка автотрансформатора должна быть повернута против часовой стрелки до упора, что обеспечивает минимальное выходное напряжение.
3.5. Подключить цепь к источнику и установить поворотом рукоятки автотрансформатора TV по часовой стрелке напряжение U=100 В.
3.6. Измерить ток I и активную мощность P цепи. Результаты измерений внести в таблицу 2.1.
Таблица 2.1
|
Измерено |
Вычислено |
||||||
|
U, B |
I, A |
P, Вт |
Rк, Ом |
ХL, Ом |
Zк, Ом |
L, Гн |
Cos φк |
3.7. Выключить выключатель SА.
Включить три конденсатора суммарной емкостью 2,75 мкФ.
Измерить ток I в цепи, напряжения на входе цепи U, на катушке Uк и конденсаторе UС, а также активную мощность цепи Р.
Результаты измерений внести в первую строку табл. 2.2.
Таблица 2.2.
|
№ п/п |
Измерено |
Примечание |
|||||
|
U, В |
I, А |
P, Вт |
Uк, В |
UС, В |
С, мкФ |
||
|
1 |
|||||||
|
2 |
|||||||
|
3 |
|||||||
|
4 |
|||||||
|
5 |
|||||||
|
6 |
|||||||
|
7 |
3.8. Постепенно увеличивая емкость конденсаторной батареи, сделать еще 6 замеров по приборам. Четвертый замер должен соответствовать максимальному току в цепи, седьмой – максимальной емкости С = 34,75 мкФ.
3.9. По данным табл. 2.1. рассчитать параметры элементов схем замещения индуктивной катушки Rк, XL, Zк и L, а также ее коэффициент мощности cos φк. Результаты расчетов внести в таблицу 2.1.
3.10. По данным табл. 2.2. рассчитать для цепи с последовательным соединением индуктивной катушки и конденсатора полную мощность S, коэффициент мощности cos j, полное сопротивление Z, емкостное сопротивление XC, реактивное сопротивление X, мощность индуктивного элемента QL, мощность емкостного элемента QC, реактивную мощность цепи Q, разность фаз j напряжения на входе цепи и тока.
Результаты расчетов внести в таблицу 2.3.
Таблица 2.3.
|
№ п/п |
Вычислено |
Примечание |
||||||||
|
S, ВА |
cos φ |
Z, Ом |
XС, Ом |
X, Ом |
QL, вар |
QС, вар |
Q, вар |
φ |
||
|
1 |
||||||||||
|
2 |
||||||||||
|
3 |
||||||||||
|
4 |
||||||||||
|
5 |
||||||||||
|
6 |
||||||||||
|
7 |
При расчетах использовать значение ХL, полученное в табл. 3.1.
3.11. По данным табл. 2.2. построить в одной системе координат графики зависимостей от «С» следующих величин: I, P, Uк, UС, Q.
3.12 По данным табл. 2.2. построить в одной системе координат графики зависимостей от «С» следующих параметров: cos φ, Z, XС, X, φ.
3.13. Построить векторные диаграммы электрической цепи для трех случаев:
-активно-индуктивный характер цепи;
-активно-емкостный характер цепи;
-резонанс напряжений.
3.14. Сформулировать и записать выводы по работе.
4. Контрольные вопросы
4.1. Каковы фазовые соотношения между током и напряжением для цепей с идеализированными:
-резистивным элементом;
-индуктивным элементом;
-емкостным элементом.
4.2. Как по показаниям амперметра, вольтметра и ваттметра определить параметры элементов схем замещения потребителей электрической энергии синусоидального тока?
4.3. Каковы условия наступления резонанса напряжений?
4.4. Что понимается под активной, реактивной и полной мощностью цепи?
4.5. Как рассчитывается коэффициент мощности?
4.6. Типовая программа контроля знаний.
4.6.1. Мгновенные значения напряжения и тока описываются уравнениями u = 59sin(ω·t+50), i = 2sin(ω·t-200). Определить полное сопротивление, разность фаз напряжения и тока, активное и реактивное сопротивления, активную, реактивную и полную мощности цепи. Какова схема замещения приемника электрической энергии?
4.6.2. В цепи с последовательным соединением R,L,C элементов действует ток I = 0,77 А, активная мощность P = 33,8 Вт, начальная фаза тока ψi = 410, L = 0,125 Гн, C = 94 мкФ, угловая частота ω = 440 рад/с. Рассчитать действующие значения напряжения на отдельных элементах и мгновенное значение напряжения на зажимах цепи, определить реактивную и полную мощности.
4.6.3. В сеть напряжением 220 В включены последовательно резистор с сопротивлением R = 20 Ом, катушка с индуктивностью L = 0,4 Гн, а также батарея конденсаторов емкостью С. Определить емкость батареи конденсаторов, при которой в цепи установится режим резонанса напряжений. Найти ток в цепи и напряжения на индуктивном и емкостном элементах.
4.6.4. При замкнутом и разомкнутом выключателе SA в цепи амперметр показывает одно и то же значение тока I = 5,55 А. Определить сопротивления RК и XL цепи, если напряжение U источника питания равно 100 В, частота f = 50 Гц, а емкость конденсатора С = 159 мкФ.
4.6.5. Резистор с сопротивлением RК = 6 Ом, катушка с индуктивностью L = 25,5 мГн и конденсатор емкостью С = 1590 мкФ соединены последовательно. Найти ток и напряжения на катушке и конденсаторе, если напряжение U на входе цепи равно 220 В и частота f = 50 Гц.
КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ.
ПАРАЛЛЕЛЬНОЕ СОЕДИНЕНИЕ ИНДУКТИВНОЙ КАТУШКИ И КОНДЕНСАТОРА В ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
1.1. Овладение методикой экспериментального определения параметров элементов схем замещения приемников электрической энергии переменного тока.
1.2. Исследование цепи при изменении емкости конденсаторов.
1.3. Изучение режима резонанса токов.
1.4. Овладение методикой компенсации реактивной мощности.
2.ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Схема электрической цепи
|
рис. 3.1. |
2.2. Описание лабораторной установки.
Объекты исследования – реальная индуктивная катушка, обладающая активным Rк, индуктивным XL, полным Zк сопротивлениями и индуктивностью L, и батарея конденсаторов емкостью С (из блока конденсаторов стенда), а также их параллельное соединение.
Регулирование величины действующего значения синусоидального напряжения, подаваемого на вход исследуемой цепи, осуществляется автотрансформатором TV, подключаемым к клеммам «А» и «О» распределительного блока стенда.
Измерение напряжения осуществляется вольтметром PV; измерение токов на входе и на отдельных участках цепи – амперметрами PA1, РА2, РА3. Активная мощность цепи измеряется ваттметром PW.
3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ.
3.1. Подготовить бланк протокола.
3.2. Изучить по конспекту лекций и учебникам теоретический материал.
3.3. Пройти собеседование и получить допуск к работе.
3.4. Собрать электрическую цепь, схема которой изображена на рис. 4.1. Вольтметр PV следует подключить к выходным клеммам автотрансформатора TV. Рукоятка автотрансформатора должна быть повернута против часовой стрелки до упора, что обеспечивает минимальное выходное напряжение. Все конденсаторы выключить.
3.5. Подключить цепь к источнику и установить поворотом рукоятки автотрансформатора TV по часовой стрелке напряжение U=100 В.
Исследовать параметры активно-индуктивного приемника электрической энергии (реальной индуктивной катушки). Снять показания приборов и занести их в таблицу 3.1.
Таблица 3.1.
Измерено |
Вычислено |
||||||
U, В |
Iк, А |
Р, Вт |
cos jк |
tq jк |
Qк, вар |
Rк, Ом |
XL, Ом |
3.6. Рассчитать емкость батареи конденсаторов (компенсирующего устройства), которую необходимо подключить параллельно активно-индуктивному приемнику, чтобы повысить коэффициент реактивной мощности до значения tgj = (задается преподавателем).
Подключить батарею конденсаторов рассчитанной или близкой к рассчитанной емкости параллельно активно-индуктивному приемнику, снять показания при том же напряжении и занести их в таблицу 3.2.
Таблица 3.2.
|
Измерено |
Вычислено |
||||||||
|
U, В |
P, Вт |
I, А |
Iк,, А |
IС, А |
C, мкФ |
cos j |
tq j |
QС, вар |
Q, вар |
3.7. Включить три конденсатора суммарной емкостью 1,75 мкФ.
Измерить токи в ветвях с индуктивной катушкой Iк, конденсатором IС, ток в неразветвленной части цепи I и активную мощность цепи Р.
Результаты измерений внести в первую строку табл. 3.3.
Таблица 3.3.
|
№ п/п |
Измерено |
Примечание |
|||||
|
U, В |
I, А |
P, Вт |
Iк, А |
IС, А |
С, мкФ |
||
|
1 |
|||||||
|
2 |
|||||||
|
3 |
|||||||
|
4 |
|||||||
|
5 |
|||||||
|
6 |
|||||||
|
7 |
3.8. Постепенно увеличивая емкость конденсаторной батареи, сделать еще 6 замеров по приборам. Четвертый замер должен соответствовать минимальному току в неразветвленной части цепи, седьмой – максимальной емкости С=30 мкФ.
3.9. По данным табл. 3.1. рассчитать для цепи с параллельным соединением индуктивной катушки и конденсатора полную мощность S, реактивную мощность Q, полное сопротивление Z, коэффициент мощности cos j, разность фаз j напряжения на входе цепи и тока.
Результаты расчетов внести в таблицу 3.4.
Таблица 3.4.
|
№ п/п |
Вычислено |
Примечание |
||||
|
S, ВА |
Q, вар |
Z, Ом |
cos φ |
φ |
||
|
1 |
||||||
|
2 |
||||||
|
3 |
||||||
|
4 |
||||||
|
5 |
||||||
|
6 |
||||||
|
7 |
3.11. По данным табл. 3.2. построить в одной системе координат графики зависимостей от «С» следующих величин: I, Iк, IС, P, Q.
3.12. По данным табл. 3.2. построить в одной системе координат графики зависимостей от «С» следующих параметров: Z, cos φ, φ.
3.13. Построить векторные диаграммы электрической цепи для трех случаев:
-активно-индуктивный характер цепи;
-активно-емкостный характер цепи;
-резонанс токов.
3.14. Сформулировать и записать выводы по работе.
4. Контрольные вопросы
4.1. Как можно определить активную и реактивную проводимости реальной индуктивной катушки?
4.2. Как можно определить активную, реактивную и полную проводимости исследуемой цепи?
4.3. Каковы условия наступления резонанса токов?
4.4. Что понимается под активной, реактивной и полной мощностью цепи?
4.5. Как рассчитывается коэффициент мощности и каково его технико-экономическое значение?
4.6. Как можно определить добротность параллельного резонансного контура?
4.7. Типовая программа контроля знаний.
4.7.1. Заданы основные параметры, характеризующие синусоидальные ток и напряжение: U = 17,7 В, ψu = 350, Im = 4,4 A, ψi = - 250. Определить полную проводимость, разность фаз напряжения и тока, активную и реактивную проводимости, составить схему замещения электрической цепи.
4.7.2. В цепи с параллельным соединением R,L,C элементов мгновенное значение напряжения u = 64sin(230t - 450), R = 65 Ом, L = 0,278 Гн, C = 108,7мкФ. Рассчитать действующие значения токов на отдельных элементах и мгновенное значение тока неразветвленной части цепи, определить активную, реактивную и полную мощности.
4.7.3. Определить значение емкости С конденсатора, при которой в цепи установится резонанс токов. Найти входное сопротивление цепи при резонансе, а также токи ветвей. Напряжение сети равно 120 В, а параметры цепи равны R = 3 Ом, XL = 4 Ом.
4.9.4. Определить ток неразветвленной части цепи и коэффициент мощности приемника электрической энергии, если U = 120 В, частота f = 50 Гц, R = 12 Ом, XL = 20,8 Ом, С = 79,5 мкФ?
4.9.5. Определить величину полной мощности цепи с параллельным соединением идеальных R, L, C элементов, если: IR = 6 A, IL = 10 A, IC = 2 A, U = 100 В.
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКОВ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА»
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
1.1. Экспериментальная проверка основных соотношений между фазными и линейными напряжениями в трехфазной цепи при соединении приемников по схеме «звезда» в симметричном и несимметричном режимах работы.
1.2. Выяснение роли нейтрального провода.
1.3. Исследование аварийного режима работы трехфазной цепи: режима обрыва фазы.
2.ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Схема электрической цепи.
рис. 4.1.
2.2. Описание лабораторной установки.
Объект исследования – трехфазный приемник электрической энергии, каждая фаза которого содержит ламповый реостат, изменять количество включенных ламп в котором можно с помощью выключателей.
Источником питания служат выходные клеммы распределительного блока: A, B, C, 0. Для отключения нейтрального провода используется выключатель SA1.
Измерение всех фазных Ua, Ub, Uc и линейных напряжений Uab, Ubc, Uca трехфазного приемника осуществляется одним вольтметром PV. Фазные (линейные) токи Ia, Ib, Ic и ток нейтрального провода I0 измеряются четырьмя амперметрами PA1, PA2, PA3, PA4.
3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ.
3.1. Подготовить бланк протокола.
3.2. Изучить по конспекту лекций и учебникам теоретический материал.
3.3. Пройти собеседование и получить допуск к работе.
3.4. Собрать электрическую цепь и предъявить ее для проверки преподавателю.
3.5. Включить выключателем SA1 нейтральный провод, подключить цепь к источнику трехфазного синусоидального напряжения.
3.6. Изменяя количество включенных ламп в фазах приемника, установить симметричную нагрузку (Ia=Ib=Ic).
Измерить все фазные, линейные напряжения и токи трехфазного потребителя. Результаты измерений внести в таблицу 4.1.
3.7. Отключить нейтральный провод. Измерить те же величины, что и в п.3.6 и ток нейтрального провода I0. Результаты измерений внести в таблицу 4.1.
3.8. Произвести «обрыв» одной из фаз приемника, отключив в ней все лампы. Измерить все фазные, линейные напряжения и токи, а так же ток нейтрального провода I0 для двух режимов:
-при включенном нейтральном проводе;
-при выключенном нейтральном проводе.
Результаты измерений внести в таблицу 4.1.
3.9. Изменяя количество включенных ламп в фазах приемника, установить несимметричную нагрузку (Ia≠Ib≠Ic). Измерить все фазные, линейные напряжения и токи, а так же ток нейтрального провода I0 для двух режимов:
-при включенном нейтральном проводе;
-при выключенном нейтральном проводе.
Результаты измерений внести в таблицу 4.1.
Таблица 4.1.
|
Измерено |
Примечание |
||||||||||
|
№ |
Ia, А |
Ib, А |
Ic, А |
Ua, В |
Ub, В |
Uc, В |
Uab, В |
Ubc, В |
Uca, В |
I0, А |
Режимы работы |
|
1 |
Симметричный режим с нейтральным проводом |
||||||||||
|
2 |
Симметричный режим без нейтрального провода |
||||||||||
|
3 |
Обрыв фазы _________ с нейтральным проводом |
||||||||||
|
4 |
Обрыв фазы _________ без нейтрального провода |
||||||||||
|
5 |
Несимметричный режим с нейтральным проводом |
||||||||||
|
6 |
Несимметричный режим без нейтрального провода |
3.11. Для симметричной нагрузки (п.3.6) определить соотношение между линейным и фазным напряжением трехфазного приемника.
3.12. Для всех шести режимов работы цепи построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений трехфазного потребителя. При построении диаграммы для четырехпроводной системы ток нейтрального провода следует определять графически и сравнить его с экспериментально полученными значениями.
3.13. Сформулировать и записать выводы по работе.
4. Контрольные вопросы
4.1. Как получить соединение фаз потребителя по схеме «звезда»?
4.2. В чем заключаются преимущества трехфазных цепей?
4.3. Какая нагрузка называется симметричной?
4.4. Когда в трехфазных цепях применяется нейтральный провод и каково его назначение? Как определить ток нейтрального провода?
4.5. Каковы соотношения между:
-фазными и линейными токами;
-фазными и линейными напряжениями при симметричной нагрузке?
4.6. К чему приводит обрыв фазы? Как изменяются токи и напряжения потребителя при обрыве фазы?
4.7. К чему приводит короткое замыкание фазы? Как изменяются токи и напряжения при коротком замыкании фазы?
4.8. Как рассчитывается активная, реактивная и полная мощность трехфазной цепи?
4.9. Типовая программа контроля знаний.
4.9.1. Задана величина сопротивления Z одной фазы симметричного трехфазного потребителя и его линейный ток I. Определить линейное напряжение питающей сети, если известно, что потребитель соединен по схеме «звезда».
4.9.2. Определить активную мощность трехфазного потребителя, если Ra=Xa=30 Ом, Xс=Rв=40 Ом, Uл=380 В.
4.9.3. С какой точкой векторной диаграммы напряжений совпадает нейтральная точка при «обрыве» фазы А трехфазного симметричного приемника?
4.10.4. Определить показание амперметра РА при замыкании ключа SA, если Uл=220 В, Ra= Rв= Rс=10 Ом.
4.10.5. Какая векторная диаграмма соответствует данной электрической цепи?
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКОВ ПО СХЕМЕ «ТРЕУГОЛЬНИК»
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ:
1.1. Экспериментальная проверка основных соотношений между фазными и линейными токами и напряжениями в трехфазной цепи при соединении приемников по схеме «треугольник» в симметричном и несимметричном режимах работы.
1.2. Исследование аварийных режимов работы трехфазной цепи: режима обрыва линейного провода и обрыва фазы приемника.
2.ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ.
2.1. Схема электрической цепи.
рис. 5.1.
2.2. Описание лабораторной установки.
Объект исследования – трехфазный приемник электрической энергии, каждая фаза которого содержит ламповый реостат, изменять количество включенных ламп в котором можно с помощью выключателей.
Напряжение питания подводится через выходные клеммы распределительного блока: A, B, C.
В один из линейных проводов следует включить выключатель SA1.
Измерение всех фазных Uab, Ubc, Uca напряжений трехфазного приемника осуществляется одним вольтметром PV.
Линейные Ia, Ib, Ic и фазные Iab, Ibc, Ica токи измеряются соответственно амперметрами PA1, PA2, PA3, PA4, PA5, PA6.
3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ.
3.1. Подготовить бланк протокола.
3.2. Изучить по конспекту лекций и учебникам теоретический материал.
3.3. Пройти собеседование и получить допуск к работе.
3.4. Собрать электрическую цепь и предъявить ее для проверки преподавателю.
3.5. Включить выключатель SA1. Подключить цепь к источнику трехфазного синусоидального напряжения.
3.6. Изменяя количество включенных ламп в фазах приемника, установить симметричную нагрузку (Iab = Ibc = Ica).
Измерить все фазные, линейные токи и напряжения трехфазного потребителя. Результаты измерений внести в таблицу 5.1.
3.7. Произвести обрыв линейного провода, разомкнув выключатель SA1. Измерить все фазные, линейные токи и напряжения трехфазного потребителя. Результаты измерений внести в таблицу 5.1.
3.8. Включить выключатель SA1, восстановить симметричную нагрузку, после чего произвести обрыв одной из фаз приемника, отключив в ней все лампы. Измерить все фазные, линейные токи и напряжения трехфазного потребителя. Результаты измерений внести в таблицу 5.1.
3.9. Изменяя количество включенных ламп в фазах приемника, установить несимметричную нагрузку (Iab ≠ Ibc ≠ Ica). Измерить все фазные, линейные токи и напряжения трехфазного потребителя. Результаты измерений внести в таблицу 5.1.
Таблица 5.1.
|
Измерено |
Примечание |
|||||||||
|
№ |
Ia |
Ib |
Ic |
Iab |
Ibc |
Ica |
Uab |
Ubc |
Uca |
Режимы работы |
|
1 |
Симметричный режим |
|||||||||
|
2 |
Обрыв линейного провода (разомкнут выключатель SA1) |
|||||||||
|
3 |
Обрыв фазы ______ |
|||||||||
|
4 |
Несимметричный режим |
3.10. Для симметричной нагрузки (п.3.6) определить соотношение между линейным и фазным токами трехфазного приемника.
3.11. Для всех четырех режимов работы цепи построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений трехфазного приемника.
3.12. Сформулировать и записать выводы по работе.
4. Контрольные вопросы
4.1. Как получить соединение фаз потребителя по схеме «треугольник»?
4.2. Каковы соотношения между:
-фазными и линейными токами;
-фазными и линейными напряжениями при симметричной нагрузке?
4.3. К чему приводит обрыв фазы? Как изменяются токи и напряжения потребителя при обрыве фазы?
4.4. К чему приводит обрыв линейного провода? Как изменяются токи и напряжения при обрыве линейного провода?
4.5. Как рассчитывается активная, реактивная и полная мощность трехфазной цепи?
4.6. Типовая программа контроля знаний.
4.6.1. Какое из приведенных соотношений справедливо для симметричного трехфазного потребителя, соединенного по схеме «треугольник»?
4.6.2. Определить показание вольтметра, включенного в цепь симметричного трехфазного потребителя, если амперметр показывает 22А, а сопротивление фазы Z=10 Ом?
4.6.3. Фазные токи симметричного трехфазного потребителя равны 18 А. Каким станет ток Iвс после перегорания предохранителя в линейном проводе В?
4.6.4. Определить показание амперметра РА после размыкания ключа SA, если Uл=220 В, Raв= Rвс= Rса=10 Ом.
4.6.5. Какая векторная диаграмма токов и напряжений соответствует данной электрической цепи?
1. ЦЕЛЬ РАБОТЫ: Экспериментальное исследование зависимости параметров схемы замещения реальной нелинейной индуктивной катушки от режима работы.
2. ОБЪЕКТЫ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ
2.1. СХЕМА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
Рис. 6.1.
2.2. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ:
Т – автотрансформатор,
PV - вольтметр с пределом измерения 150 и 300 В,
PA - амперметр с пределом измерения 0,5 А,
РW – ваттметр с пределами измерения: по току - 0,5 А, по напряжению 100В и 150В,
L - нелинейная индуктивная катушка.
Примечание: В качестве нелинейной индуктивной катушки L рекомендуется использовать катушку отдельного лабораторного автотрансформатора 0-240В, 2 А. Испытуемая катушка включается в цепь через зажимы «нагрузка». Движок автотрансформатора устанавливается в среднее положение (стрелка указателя устанавливается примерно на 120В).
3. РАБОЧЕЕ ЗАДАНИЕ.
3.1. Подготовить бланк протокола.
3.2. Изучить по конспекту лекций и учебникам теоретический материал.
3.3. Пройти собеседование и получить допуск к работе.
3.4. Измерить тестером (мультиметром) сопротивление провода обмотки нелинейной индуктивной катушки
R =…… (Ом)
3.5. Собрать схему и предъявить ее для проверки преподавателю.
3.6. Плавно повышая напряжение на входе цепи с помощью автотрансформатора Т, изменять ток в цепи от 0,025 А до 0,25 А и снять показания вольтметра U, амперметра I, ваттметра P и занести их в таблицу 6.1.
Рекомендуемый шаг изменения тока 0.05 А. Наибольшее значение напряжения должно соответствовать силе тока порядка (0,2 - 0,25А).
Таблица 6.1
|
Измерено |
Вычислено |
|||||
|
№ |
U, В |
I, А |
P, Вт |
Z, Ом |
Pэл, Вт |
Pмаг, Вт |
|
1 |
||||||
|
2 |
||||||
|
3 |
||||||
|
4 |
||||||
|
5 |
||||||
|
6 |
||||||
|
7 |
3.7. Рассчитать:
z - полное сопротивление цепи;
Pэл - мощность электрических потерь;
Pмаг - мощность магнитных потерь.
3.8. Построить графики зависимостей:
U(I), z (I), Pэл (I), Pмаг (U)
3.9. Сформулировать и записать выводы по работе.
4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
4.1. Чем обусловлена нелинейность исследованной индуктивной катушки?
4.2. Как изменяется полное сопротивление нелинейной индуктивной катушки с ростом действующего значения силы тока?
4.3. В чем сущность метода эквивалентных синусоид?
4.4. Как изменяются магнитные потери с ростом действующего значения напряжения?
4.7. Каким образом можно экспериментально определить сопротивление провода обмотки (сопротивление «меди»)?
4.8. Какова зависимость мощности электрических потерь от действующего значения силы тока?