Лабораторные работы по электротехнике

Физика, электротехника
ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
АНАЛИЗ ЦЕПЕЙ ОДНОФАЗНОГО
ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ
ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО
ТРАНСФОРМАТОРА
ГЕНЕРАТОР ПОСТОЯННОГО ТОКА
ТРЕХФАЗНЫЙ АСИНХРОННЫЙ
ДВИГАТЕЛЬ
Исследование работы
выпрямительных схем
ИССЛЕДОВАНИЕ УСИЛИТЕЛЯ
ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цепи постоянного тока
Контрольная работа
Контрольная работа № 2.
Контрольная работа № 3.
Лабораторный практикум
Резонанс в последовательном
колебательном контуре
 
 
 

Работа № 1

Исследование режимов работы линии электропередачи с помощью схемы замещения

Цель работы. Изучение энергетического процесса и распределения напряжений в схеме замещения 2-х проводной линии электропередачи при постоянной величине напряжения в начале линии в зависимости от тока в линии, определяемого количеством включенных потребителей электрической энергии.

Всякий потребитель электрической энергии получает ее от генератора по воздушной или кабельной линии передачи, выполненной из металлического (медного, алюминиевого или стального) провода и обладающей определенным сопротивлением. Это сопротивление обуславливает падение напряжения и потерю мощности в линии.

При изменении числа включенных потребителей электрической энергии изменяется величина тока в линии, что обуславливает изменение падения напряжения и потерь мощности в линии и отражается на работе потребителей.

Для теоретического и экспериментального изучения процессов в двухпроводной линии электропередачи пользуются эквивалентной схемой замещения (рис. 2), где  - сопротивление линии;  - эквивалентное сопротивление всех подключенных потребителей;  - ток в линии;  - напряжение в начале линии;  - напряжение в конце линии (у потребителя).

Рис. 2

С учетом принятых обозначений

;

(1)

;

(2)

;

(3)

.

(4)

Энергетический процесс в схеме характеризуется следующим соотношением мощностей:

мощность, отдаваемая генератором в линию

;

(5)

мощность потерь электрической энергии в линии

;

(6)

мощность, отдаваемая линией потребителю (мощность нагрузки)

.

(7)

Коэффициент полезного действия линии  определяется как отношение мощностей  и :

.

(8)

Если в формуле (7) ток выразить через отношение мощности потребителя к напряжению у потребителя и подставить это выражение для тока в формулу (6), то для мощности потерь электрической энергии в линии получается следующее выражение:

.

(9)

Согласно (9), при постоянной мощности нагрузки  величина потерь в линии обратно пропорциональна квадрату напряжения, т.е. электрическую энергию экономично передавать при высоких напряжениях. Однако с ростом напряжения увеличивается стоимость изоляции линии. На практике применяют тем большее напряжение, чем больше передаваемая мощность и дальность передачи.

Заменив в формуле (8)  и  их выражениями по (5) и (7), получим новую форму записи выражения для расчета коэффициента полезного действия линии:

.

(10)

Домашнее задание

1. Изучить теоретический материал по режимам работы электрических цепей /Л1, с. 24-25; Л2, с. 57-60; Л5, с. 30-32; Л6, с. 25-26; конспект лекционного курса/.

2. Проработать содержание и порядок выполнения работы, изложенные в разделе "Рабочее задание". В рабочей тетради подготовить табл. 2, а также табл. 1 паспортных данных приборов (см. п. 5 общих положений).

3. Подготовить ответы на контрольные вопросы к данной работе.

Рабочее задание

1. Работу следует выполнять по схеме, показанной на рис. 3.

В качестве потребителей используются лампы накаливания, включенные параллельно. При увеличении числа включенных ламп их эквивалентное сопротивление будет уменьшаться, а ток в цепи увеличиваться.

Рис. 3

В качестве аналога линии электропередачи используются два проволочных реостата. Общее сопротивление линии .

Максимальный ток будет при коротком замыкании в конце линии (выключатель В замкнут, напряжение на потребителях и токи в них равны нулю). Ток короткого замыкания

.

Сопротивление  нужно установить такой величины (положением движков проволочных реостатов), чтобы ток  был близок к пределу измерения амперметра и не превышал номинального тока проволочных реостатов.

2. Включить цепь под напряжение и, замкнув выключатель В, измерить ток короткого замыкания .

3. Изменяя величину тока от нуля до  снять показания для 7 точек. Интервал между точками . Показания приборов записать в табл. 2.

Таблица 2

Измерено

Вычислено

А

В

В

Ом

Вт

Ом

о.е.

4. По ранее приведенным формулам вычислить для всех режимов (исключая режим холостого хода) ,  и занести их в правую часть табл. 2. Вычислить величину  и также занести ее в табл. 2.

Примечание. Работа выполнена правильно, если сопротивление проводов линии  в каждом опыте отличается от среднего значения  не более чем на 10 %.

Обработка результатов эксперимента
(указания к самостоятельной работе)

1. По результатам эксперимента вычислить для всех режимов значения , , , ,  и занести их в табл. 2. Численное значение коэффициента полезного действия рассчитывается по формуле (10).

2. По данным табл. 2 построить в общей системе координат зависимости , , , , ,  от тока . Образец для построения графиков приведен на рис. 1.

3. Проанализировать зависимости , , , , ,  от тока . При анализе выявить и обосновать области возрастания (убывания) этих величин, установить их экстремумы.

Используя экспериментальные данные, установить, при каком соотношении сопротивлений линии электропередачи  и нагрузки  и при каком значении коэффициента полезного действия   мощность нагрузки   является максимальной. Отметить особенности режимов: холостого хода, номинальной работы, короткого замыкания. Выявить рациональные по величинам  и  режимы работы для мощных линий и слаботочных цепей связи, телемеханики и автоматики. Сделать выводы по работе.

4. Студенты ряда специальностей (по указанию преподавателя) дополнительно к изложенному в п. 3, должны получить аналитическую зависимость , исследовать ее на максимум и выявить, при каких условиях значение  максимально и какое значение при этом имеет коэффициент полезного действия . Результаты аналитических исследований сопоставить с экспериментальными данными и сделать соответствующие выводы. Материал по данному вопросу можно найти в /Л5, с. 31-32/.

Контрольные вопросы

1. Из каких элементов состоит электрическая цепь?

2. В чем состоит цель расчета электрической цепи и как она достигается?

3. Сформулируйте законы Ома и Кирхгофа. Расскажите о методике применения их к расчету простых цепей постоянного тока.

4. Расскажите о тепловом действии электрического тока. Сформулируйте закон Джоуля-Ленца. Запишите и объясните уравнение баланса мощностей в любой электрической цепи.

5. Какой режим электрической цепи называется номинальным и какой рабочим?

6. Почему уменьшается напряжение на зажимах источника при увеличении его нагрузки (тока в цепи)?

7. В чем особенности режимов холостого хода и короткого замыкания электрической цепи? Укажите признаки режимов холостого хода и короткого замыкания.

8. Какой режим электрической цепи является согласованным и где он используется?

9. Что называется внешней характеристикой источника?

10. В чем недостаток круто падающей внешней характеристики источника с точки зрения условий работы приемников?

11. Как изменится напряжение в конце линии электропередачи, если в середине линии произойдет короткое замыкание?

12. Объясните, почему при больших мощностях передача энергии на большие расстояния производится при высоких напряжениях?

13. Укажите величину допустимых потерь напряжения в проводах линии электропередачи.

14. Объясните пути уменьшения потерь напряжения в проводах линии электропередачи.

Лабораторные и контрольные работы по электротехнике