ДОНБАССКИЙ ГОРНО - МЕТАЛЛУРГИЧЕСКИЙ 2 страница

1.1 Изучить основы теории передачи электроэнергии постоянным током по двухпроводной ЛЭП, пользуясь учебниками 1 §§ 1.27,1.28, 2 § 2.11.

1.2 Решить задачу. Решение задачи и схему замещения рассчитываемой цепи привести в бланке отчета.

Дано: сопротивление обоих проводов двухпроводной ЛЭП R_л = 20 м, напряжение в начале линий U₁ =240 В, сопротивление нагрузки R_н = 22 Ом. Вычислить: мощность, потребляемую нагрузкой P₂, напряжение в конце линии U₂, потерю мощности в проводах линии DP, КПД линии.

1.3 Познакомиться со схемой модели линии электропередачи (рис. 3.1), уяснить для себя назначение всех приборов и элементов схемы, разобрав содержание разд. 2 "Описание модели ЛЭП".

1.4 Начертить в бланке отчета схему модели (рис.3.1), а также таблицы для внесения в них результатов измерения и расчета физических величин, характеризующих работу ЛЭП (см. разд. 3 "Порядок выполнения работы").

2 Схема замещения ЛЭП и соотношения, характеризующие ее работу. Лабораторная модель ЛЭП.

2.1 Схема замещения ЛЭП показана на рис. 3.1

Рисунок 3.1

На схеме обозначение R_л - суммарное сопротивление проводов линии;

R_н - сопротивление нагрузки;

U₁ и U₂ - напряжение в начале и в конце линии соответственно;

I - ток в линии и в нагрузке.

2.3 Для характеристики работы линии используются также следующие величины:

DU_л - падение напряжения в проводах ЛЭП;

Р₂ - мощность в нагрузке;

P₁- мощность, набирающая в линию от источника энергии;

DP_л - потери мощности выделяются в виде тепла в проводах.

2.4 Величины, указанные в п.2.2 и 2.3 связаны между собой следующими соотношениями:

Для к. п. д. существуют и другие формулы, в частности

2.5 Схема цепи, которая служит лабораторной моделью для экспериментального исследования ЛЭП, показана на рис. 3.2.

2.6 R_л на лабораторном стенде - это последовательно соединенные резисторы R₆ и R₇ по 100 Ом каждый.

R_н - два последовательно соединенных регулируемых резистора R и R₁ с сопротивлением 0-330 Ом у каждого.

2.7 PV₁ - вольтметр с верхним пределом 60 В для измерения напряжения U₁,
PV₂ - вольтметр с пределом 50 В - для измерения U₂, РА - миллиамперметр с пределом 300 мА для измерения тока линии и нагрузки.

Рисунок 3.2

3 Порядок выполнения работы:

3.1 Исследование работы линии на переменную нагрузку при неизменном напряжении в начале линии:

3.1.1 Собрать цепь по схеме на рис. 3.2 с учетом п.п. 2.6 и 2.7. Представить схему для проверки.

3.1.2 Установить регулятор напряжения в нулевое положение, резисторы R_н в положение максимального сопротивления, ключ SА в разомкнутое состояние (режим холостого хода линии).

3.1.3 Включить блок питания и установить по вольтметру PV₁ напряжение
V₁=50 В. Записать в таблицу 3.1 значения I = 0 и U₂ (должно быть U₂ = U₁).

3.1.4 Замкнуть ключ SA, снова отрегулировать U₁=50 B и записать показания РA и PV₂ во вторую строку таблицы 3.1.

3.1.5. Поддерживая U₁=50 B и уменьшая R_н до нуля, снять и записать показания РА и РV₂. Рекомендуется устанавливать такие значения тока, при которых U₂ принимает значения 50, 35, 25, 15 и 0.

Таблица 3.1 - Исследование работы линии на переменную нагрузку при U₁=50 B (пост.) и при R_л=200 Ом (пост).

№ n/n	Измерено		Вычислено
	I	U₂	P₁	P₂	∆P_л	∆U_л	R_н	η
	А	В	Вт	Вт	Вт	В	Ом	%
							∞

3.2 Исследование влияния сопротивления проводов линии на энергетические показатели ее работы:

3.2.1 В схеме, на рис. 3.1 R_л и R_н поменять местами, т.е. в качестве R_лвключить последовательно два резистора с регулируемым сопротивлением, а в качестве R_н - два соединенных последовательно резистора по 100 Ом.

3.2.2 После проверки схемы руководителем занятий установить резисторы R_л и регулятор напряжения в нулевое положение, включить питание, установить
U₁=50 В, записать значения I и U₂ в таблицу 3.2.

Таблица 3.2 - Исследование работы линии с переменным ее сопротивлением U₁= 50 В, R_н =200 Ом:

№ n/n	Измерено		Вычислено
	I	U₂	∆U_л	R_л	P₁	P₂	∆P_л	η
	А	В	В	Ом	Вт	Вт	Вт	%

3.2.3 Изменяя R_л от 0 до максимального значения, измерить и записать 4 - 5 значений тока и напряжения U₂. При снятии показаний РА и PV2 необходимо каждый раз устанавливать U₁=50 В.

3.3 Исследование зависимости энергетических показателей линии от напряжения в начало линии при постоянной мощности в нагрузке P₂.

Эта часть работы выполняется расчетным путем в следующем порядке.

3.3.1 Задаться сопротивлением линии R_л = 10 0м и мощностью нагрузки в пределах P₂= 40 - 50 Вт (Конкретное значение P₂ для каждой бригады указывает преподаватель).

Таблица 3.3 - Исследование линии при постоянной мощности Р₂= Вт и различных значениях U₁, R_л=10 Ом:

№ n/n	U₂	I	R_н	∆U_л	U₁	∆P_л	P₁	η
№ n/n	В	А	Ом	В	В	Вт	Вт	%

3.3.2 Вычислять значения тока I, учитывая, что P₂= U₂I.

3.3.3 Вычислять сопротивление R_н по закону Ома.

3.3.4 Вычислить остальные величины, указанные в таблице 3.3, пользуясь формулами в п.2.3.

4 Обработка результатов измерений и расчетов:

4.1 Рассчитать и записать величины, указанные в графах "вычислено" таблицы 3.1. Для этого использовать формулы, приведенные в п. 2.4.

4.2 Построить графики зависимостей DU_л(I) и U₂(I) в одной системе координат и DР_л(I); P₂(I); P₁(I) и h (I) в другой.

4.3 Рассчитать величины в графах "вычислено" таблица 3.2 и по полученным данным построить графики зависимостей DU_л (R_л), DР_л (R_л) и h (R_л).

4.4 По данным таблицы 3.3 построить графики I (U₁), DU_л (U₁), DP_л(U₁) и
h (U₁).

5 Контрольные вопросы и задачи:

5.1 Пользуясь данными, полученными в разделе 3.1,объясните работу ЛЭП при U₁ = пост, R_л = пост, R_н = перем, в частности:

5.1.1 По какому закону применяется U₂при изменении тока? С помощью соответствующих формул подтвердите или скорректируйте графики DU_л(I) и U₂(I), полученные экспериментально.

5.1.2 Приведите формулы, позволяющие объяснить или скорректировать зависимости DР_л(I); P₁(I); U₂(I) и h (I).

5.1.3 Охарактеризуйте характер применения Р₂ при увеличении тока от I = 0 до
I = 0,5I_к и от I = 0,5I_к до I_к, гдe I_к ток при R_н= 0.

5.1.4 Запишите формулу зависимости Р₂ от R_н и, исследовав ее на экстремум, определите Rн, при котором Р₂ = Р₂ _max.

5.1.5 Как называется режим работы ЛЭП при P_{2 max}? Каковы значения U₂ и h в этом режиме? В каких случаях такой режим применяется на практике?

5.1.6 Охарактеризуйте предельные режимы работы ЛЭП: холостой ход и короткое замыкание. При каких значениях R_н эти режимы получаются? Каковы значения I, U₂ и h в этих режимах?

5.2 Пользуясь данными, полученными в разделе 3.2, объясните влияние Rл на энергетические показатели работы ЛЭП при U₁ = пост, R_н = пост, в частности:

5.2.1 С помощью соответствующих формул объясните или скорректируйте, если необходимо, зависимости DU(R_л), DP(R_л) и h(R_л).

5.2.2 Из графика h(R_л) и соответствующей формулы следует, что, уменьшая R_л, к.п.д. ЛЭП можно как угодно приблизить к 100%. Почему на практике не стремятся получить к.п.д. более 95 - 96%?

5.3 Исходя из условий P₂ = пост и R_л = пост, объясните зависимости тока, потерь мощности и к.п.д. ЛЭП от напряжения в начале линий U₁, представленные в таблице 3.3 и соответствующими графиками.

5.4 Пользуясь данными, полученными в разделе 3.3, объясните, почему передача электроэнергии на большие расстояния осуществляется при очень высоких напряжениях, исчисляемых сотнями тысяч вольт.

5.5 Во сколько раз пришлось бы увеличить сечение проводов ЛЭП, если бы мощность, передаваемую при напряжении 220 кВ, решили передавать при напряжении 220 В?

5.6 Рассчитать сечение алюминиевых проводов двухпроводной ЛЭП для передачи мощности P₂= 100 кВт при напряжении U₂=10 кВ на расстоянии 50 км КПД линии 95%, удельное сопротивление алюминия 2,9·10^-8 Ом. м.

5.7 Чему будет равно значение КПД двухпроводной ЛЭП для передачи мощности P₂=100 кВт при напряжении U₂ =10 кВ на расстоянии 50 км, если линию выполнить медными проводами сечением 55 мм²?

Удельное сопротивление меди 1,75·10^-8 Ом. м.

5.8 Напряжение в начале линии связи U₁=30 В. Если в конце, линии включить приемный аппарат №1, напряжение на нем окажется равным U₂=27 В, если включить аппарат №2, напряжение U₂ будет равно 21 В, если включать аппарат №3, напряжение U₂ будет равно 15 В. При использовании какого аппарата мощность передаваемого сигнала у потребителя будет наибольшей?

5.9 Суммарное сопротивление проводов R_л = 5 Ом. Напряжение в начале линии U₁=3250 В. Мощность в нагрузке Р₂ = 100 кВт. Вычислите к.п.д. ЛЭП,

В результате расчета должно получается два значения к.п.д. Объясните этот факт, пользуясь графиками Р₂(I) и h(I), построенными по результатам исследования ЛЭП в разделе 3.1(U₁ = пост, R_л = пост, R_л = пост).

Лабораторная работа 4

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПЕЙ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ И ПАРАЛЛЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИЯХ ЭЛЕМЕНТОВ

Цель работы - усвоение методики экспериментального определения параметров элементов цепей переменного тока, опытное изучение распределения напряжения и тока в цепях переменного тока при последовательном и параллельном соединении участков, усвоение методики расчета таких цепей.

1 Домашняя подготовка к работе:

1.1 Изучить [1 §§3.1-3.4, 2] тему "Электрические цепи однофазного синусоидального тока".

1.2 Решить задачи (решение должно быть в бланке отчета):

1.2.1 Цепь состоит из последовательно соединенных: индуктивной катушки
(R_к= 40 Ом, L = 0,0955 Гн), резистора (R_р= 20 Ом), конденсатора (C= 28,95 мкФ). Общее напряжение задано уравнением: u = 141 sin ωt , частота ƒ = 50 Гц.

Требуется:

а) определить действующие значения общего напряжения и тока;

б) действующие значения напряжения на зажимах катушки, резистора и конденсатора;

в) записать выражение мгновенных значений этих напряжений и тока;

г) построить в масштабе векторную диаграмму напряжений.

1.2.2 Индуктивная катушка (Х_L = 80 Ом, R_к= 60 Ом) и конденсатор (Х_с = 160 Ом) соединены параллельно и подключены к источнику с напряжением 200В. Определить ток в катушке, конденсаторе и потребляемый от источника. Вычислить активную, реактивную и полную мощность. Построить векторную диаграмму токов.

1.3 Заготовить бланк отчета со схемами и таблицами, приведенными в п.2, а также с решениями задач из п.1.

2 Порядок выполнения работы:

2.1 Определение параметров катушки, резистора и конденсатора.

2.1.1 Собрать цепь по схеме рис. 4.1, подключив в качестве приемника энергии Z индуктивную катушку. Цепь подключить к выходным зажимам источника переменного регулируемого напряжения (клеммы 0-250 В панели питания лабораторного стенда).

2.1.2 Подать на схему напряжение и, регулируя напряжение, установить ток в пределах 0,1- 0,2 А. Показания всех приборов записать в табл. 4.1.

2.1.3 Заменить катушку на резистор. Повторить п.2.1.2.

2.1.4 Заменить резистор конденсатором. Повторить п.2.1.2.

Рисунок 4.1

Таблица 4.1 - Определение параметров катушки, резистора и конденсатора:

	Измерено			Вычислено
Приемник энергии	U	I	P	Z	R	X	cosφ	y	д	в
Приемник энергии	В	А	Вт	Ом	Ом	Ом	-	См	См	См
Катушка
Резистор
Конденсатор

2.2 Последовательное соединение приемников:

2.2.1 В цепи на рис.4.1 в качестве приемника энергии подключить резистор и катушку, соединенные последовательно. Установить схему тока 0,1- 0,2 А, измерить общее напряжение, мощность, а также напряжения на резисторе и катушке, присоединяя к соответствующим клеммам вольтметр PV. Показания приборов записать в табл.4.2.

2.2.2 Проделать п.2.2.1 при последовательном соединении резистора и конденсатора.

2.2.3 Проделать п.2.2.1 при последовательном соединении катушки, резистора и конденсатора.

Таблица 4.2 - Последовательное соединение приемников энергии

	Измерено						Вычислено
	I	U	U_р	U_кат	U_конд	Р	U	Р	cosφ
	А	В	В	В	В	Вт	В	Вт	-
Резистор и катушка
Резистор и конденсатор
Резистор, катушка и конденсатор

2.3 Параллельное соединение приемников энергии 2.3.1. Собрать цепь по схеме на рис. 4.2

Рисунок 4.2

2.3.2 Измерить токи в ветвях, общий ток, напряжение и мощность при параллельном соединении катушки и резистора (штепсельный разъем ШР4 без замыкателя). Для этого поочередно, вместо замыкателей штепсельных разъемов ШР1, ШР2, необходимо включить амперметр РА. Результаты записать в соответствующую строку таблицы 4.3.

2.3.3 Проделать п.2.3.2 при параллельном включении резистора и конденсатора (ШР2 без замыкателя).

2.3.4 Проделать п.2.3.2 при параллельном включении всех трех элементов

Таблица 4.3 - Параллельное соединение приемников энергии

	Измерено						Вычислено
	U	I	I_р	I_кат	I_конд	Р	I	Р	cosφ
	В	А	А	А	А	Вт	А	Вт	-
Резистор и катушка
Резистор и конденсатор
Резистор, катушка и конденсатор

3 Обработка результатов работы:

3.1 По результатам измерений п.2.1 вычислить полное, активное и реактивное сопротивления приемников энергии, пользуясь законом Ома, формулой мощности и соотношениями из треугольника сопротивлений.

3.2 Вычислить полную проводимость y и ее составляющие: активную g и реактивную b, пользуясь законом Ома и соотношениями из треугольника проводимости

Результаты расчетов по пп.3.1, 3.2 занести в соответствующие столбцы табл. 2.1.

3.3 Используя параметры табл. 4.1, определить общее напряжение U, активную мощность Р и коэффициент мощности расчетным путем при токе проведения соответствующих опытов в п.2.2. При этом необходимо пользоваться соотношениями: ,(здесь сумма алгебраическая, )

Результаты занести в графу "вычислено" табл. 4.2.

3.4. Для всех случаев последовательного соединения построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и диаграммы сопротивлений.

3.5 По результатам расчета для всех случаев последовательного соединения построить графики мгновенных значений тока и напряжений.

3.6 Задаваясь таким же напряжениями, как и при измерениях в пп.2.3.2, 2.3.3, 2.3.4, определять общий ток и потребляемую мощность расчетным путем в тех же вариантах параллельного соединения элементов. Для вычислений использовать параметры элементов, записанные в табл. 4.1, а также следующие соотношения:

3.7 Построить в масштабе векторные диаграммы токов и диаграммы проводимостей для трех вариантов параллельного соединения.

3.8 По результатам расчета для трех вариантов параллельного соединения построить графики мгновенных значений напряжений и токов.

3.9 Сделать вывод о проделанной работе (письменно).

3.10 Подготовить ответы на контрольные вопросы.

4 Контрольные вопросы:

4.1 Как записываются и изображаются на графиках синусоидальный ток, напряжение, э. д. с.? Какими величинами они характеризуются?

4.2 Что такое действующие значения тока, напряжения, э. д. с.?

4.3 Как связаны мгновенные и действующие значение тока с мгновенными и действующими значениями напряжения: 1) на участке цепи с активным сопротивлением; 2) на участке цепи с индуктивностью; 3) на участке цепи с емкостью; 4) при последовательном соединении всех этих элементов; 5) при параллельном соединении элементов.

4.4 Треугольники сопротивлений и проводимостей, соотношения, вытекающие из них.

4.5 Что такое активная мощность и как она вычисляется?

4.6 Методика расчета цепей при последовательном соединении на основе векторных диаграмм.

4.7 Методика расчета цепей при параллельном соединении на основе векторных диаграмм.

R = 6 Ом Определить I, U_R, X_C, Z

U = 100 В

U_c = 80 В

R = 20 Ом Определить U, I₂, X_C, y, Z

I = 5 А

I₁ = 3 А

4.10 Напряжение, активное, емкостное и индуктивное сопротивление в Омах указаны на схеме. Определить общий ток и коэффициент мощности цепи.

4.11 В цепи к задаче п.4.8 . Получить выражения мгновенных значений тока i, общего напряжения U, напряжения на резисторе U_R.

4.12 В цепи и задаче п.4.9 Получить выражения мгновенных значений i, i₁, U.

4.13 В цепи к задаче п.4.10 Получить выражения мгновенных значений U, i , i₁, i₂.

4.14 Задача. Цепь состоит из последовательно соединенных катушки и конденсатора. Напряжение 100 В, цепи 0,8, катушки 0,6. Определить напряжение на катушке и конденсаторе, изобразив предварительно схему замещения цепи и построив (качественно) векторную диаграмму.

4.15 Задача. Определить емкость конденсатора, который необходимо включить последовательно с лампой накаливания 100 Вт, 127 В для обеспечения нормальной работы лампы от сети 220 В, 50 Гц.

4.16 Задача. Индуктивная катушка имеет параметры: Г, R = 40 Ом. Определить активную, реактивную и полную проводимость при двух значениях частоты: 50 Гц и 100 Гц.

Лабораторная работа 5

ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА СО СМЕШАННЫМ

СОЕДИНЕНИЕМ УЧАСТКОВ

Цель работы - опытное изучение основных соотношений между токами, напряжениями и параметрами схемы в цепи переменного тока со смешанным соединением участков, усвоение символического метода расчета.

1 Подготовка к работе:

1.1 Изучить по учебнику 1, §§ 5.4, 5.5, 5.10-5.13, 2, §§ 3.5-3.14 или по конспекту основы символического метода расчета цепей синусоидального тока.

1.2 Познакомиться с методами экспериментального определения параметров элементов цепей переменного тока на основе измерений по схемам на рис. 5.1а и 5.2а. Суть методов для наиболее простого случая, когда (в качестве - резистор изложена в п. 1.2.1 и 1.2.2.

а) б) а) б)

Рисунок 5.1 Рисунок 5.2

1.2.1 Схема на рис.5.1а. Векторная диаграмма напряжений - на рис. 5.1б. Из векторной диаграммы и с теоремы косинусов:

по известным напряжениям определяется.

По закону Ома и из треугольника сопротивлений находим

1.2.2 Схема на рис. 5.2а. Векторная диаграмма токов на рис. 5.2б.

Из соотношения вычисляется . По закону Ома и из треугольника сопротивлений

⇐ Предыдущая 123 4 5 6 Следующая ⇒