Протокол № 2 от 12.10.01

Алчевск

УДК 621. 3.01

Методические указания к выполнению лабораторных работ по теоретическим основам электротехники, ч.1 (для студентов электротехнических специальностей)/ Сост. : В.Г. Дрючин, В.С. Песоцкий. – Алчевск: ДГМИ, 2001. – 66 с.

Дан порядок проведения и оформления лабораторных работ по теоретическим основам электротехники. Содержит теоретические вопросы и вопросы контроля знаний.

Составители: В.Г. Дрючин, доц.,

В.С. Песоцкий, доц.

Ответственный за выпуск: В.Г. Дрючин, доц.

Ответственный редактор: В.Г. Дрючин, доц.

УДК 621. 3.01

Методичні вказівки до виконання лабораторних робіт з теоретичних основ електротехніки, ч. 1 (для студентів електротехнічних спеціальностей)/ Укл. :
В.Г. Дрючин, В.С. Песоцький. – Алчевськ: ДГМІ, 2001. – 66 с.

Дано порядок проведення й оформлення лабораторних робіт з теоретичних основ електротехніки. Містить теоретичні питання контролю знань.

Укладачі: В.Г. Дрючин, доц.,

В.С. Песоцький, доц.

Відповідальний за випуск: В.Г. Дрючин, доц.

Відповідальний редактор: В.Г. Дрючин, доц.

1 ОСНОВНЫЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В данной работе приведены методические указания к выполнению лабораторных работ по первой части курса 4 "Теоретические основы электротехники". Лабораторные работы выполняются в лаборатории. ТОЭ на универсальных стендах в течение двух академических часов итребуют примерно два часа самостоятельной работы студентов, включая время на подготовку к выполнению и защите.

Целью лабораторных занятий является закрепление теоретических знаний, полученных на лекциях, и приобретение навыков экспериментального исследования электротехнических схем. Выполнение лабораторной работы включает:

— домашнюю подготовку;

— проведение эксперимента;

— обработку результатов;

— защиту работы.

Тщательная домашняя подготовка является аналогом успешного выполнения лабораторной работы. Домашняя подготовка осуществляется в соответствии с заданием, приведенным в указаниях к каждой лабораторной работе. Бланк отчета с результатами домашней подготовки составляется студентом и является основным документом при допуске к работе.

Работа в лаборатории выполняется бригадами по два или три человека каждая. Бригада получает право приступить к сборке электрической схемы только после сдачи коллоквиума по материалу домашней подготовки. Результаты эксперимента заносятся в заготовленные таблицы, схемы разбираются только после того, как полученные результаты будут проверенны и завизированы преподавателем.

Отчет о работе оформляется каждым студентом самостоятельно. Для этого выполняются необходимые расчеты, построения, графики и диаграммы, проводятся анализ полученных экспериментальным путем данных и сопоставление их с расчетными параметрами.

При защите лабораторных отчетов студент обязан знать:

— цель работы и ее наименование;

— порядок выполнения и методику измерений;

— наименование и характеристику используемых элементов электрической цепи;

— теоретический материал по теме работы и расчетные формулы для обработки результатов измерений.

Защита лабораторных работ проводится на специально выделенных для этого занятиях индивидуально каждым студентом. Для подготовки к защите составлены контрольные вопросы, которые приведены в указаниях к каждой работе.

2 ПРАВИЛА ТЕХНИКИ БЕЗОПАСНОСТИ

При выполнении лабораторных работ необходимо помнить об опасности поражения электрическим током и соблюдать меры предосторожности. Каждый студент, приступающий к занятиям в лаборатории, обязан сначала пройти инструктаж, ознакомиться с инструкцией по технике безопасности, имеющейся в лаборатории, расписаться в регистрационном журнале. Приступая к выполнению лабораторной работы, необходимо помнить и строго соблюдать следующие правила техники безопасности:

— прежде чем приступить к соединению элементов электрической цепи, необходимо убедиться, что выключатели, размещенные на лицевой панели блока питания стенда, находятся в выключенном состоянии;

— категорически запрещается прикасаться к неизолированным соединительным зажимам и другим частям электрической цепи, находящейся под напряжением;

— включать выключатели блока питания можно только с разрешения преподавателя после проверки им схем;

— всякие изменения в схеме должны производиться при выключенных выключателях, причем после каждого пересоединения схема обязательно проверяется преподавателем;

— особую осторожность следует соблюдать при исследовании цепей с последовательным соединением индуктивностей и емкостей, поскольку в таких цепях возможно возникновение резонансных перенапряжений;

— запрещается оставлять без надзора электрическую цепь под напряжением;

— прежде чем разбирать электрическую цепь, необходимо убедиться, что все источники питания отключены;

— в случае прекращения подачи электрической энергии или других аварийных ситуациях, исследуемая установка должна быть немедленно отключена от питающей сети, а студенты должны сообщить об этом преподавателю; студент несет персональную ответственность за нарушение порядка и правил безопасности в лаборатории, а в случае порчи приборов и оборудования — материальную ответственность.

3 ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОГО СТЕНДА

Все лабораторные работы выполняются на универсальном стенде (см. рис. Лабораторный стенд)

Основными частями универсального стенда являются блок питания 1, обеспечивающий подачу на исследуемую электрическую цепь переменного и постоянного напряжения (регулируемого и нерегулируемого), приборный блок 2 со съемными измерительными приборами различного назначения, объемные панели 3 с элементами электрической цепи, осциллограф 4, которые установлены на тумбе 5. Для различных разделов курса предусмотрено несколько съемных панелей.

Рисунок - Лабораторный стенд

Лабораторная работа 1

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЕННОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

И ЕЕ ЭЛЕМЕНТОВ

Цель работы - усвоить методику снятия характеристик источников электрической энергии и определения параметров их схем замещения, определение параметров резисторов, построение потенциальной диаграммы.

1 Домашняя подготовка к работе:

1.1 Изучить материал 2, §§1.1-1.6, 1.9 - 1.10 или 2, §§ 1.1-1.4 и усвоить основные понятия и определения: электрическая цепь, электрический ток, электродвижущая сила (э. д. с.), потенциал и напряжение, схема электрической цепи, структурные элементы цепей (узлы, ветви, контуры), виды схем замещения источников энергии, правила построения потенциальной диаграммы цепи и ее смысл.

1.2 Решить задачу (решение привести в бланке отчета). Определить э д.с. Е и внутреннее сопротивление R₀ аккумулятора, если при подключении к нему резистора с сопротивлением R₁ = 5 Ом, напряжение на зажимах аккумулятора U₁ = 10 В, а при подключении резистора R₂ = 11Ом, U₂ = 11 В. Построить внешнюю характеристику U (I) аккумулятора.

При решении задачи использовать уравнение второго закона Кирхгофа для рассматриваемой цепи ,а также закон Ома.

1.3 Познакомиться с решением задачи 1.15 из 5. В бланке отчета привести условие задачи, расчет потенциалов и потенциальную диаграмму.

1.4 Начертить в бланке отчета схемы и заготовки таблиц, приведенные в разделе 2: "Порядок и выполнение работы".

2. Порядок выполнения работы:

2.1 Снятие внешних характеристик и данных для определения параметров схем замещения источников энергии.

2.1.1 Собрать цепь по схеме на рис. 1.1. В качестве регулируемого использовать резистор R₁, в качестве прибора РА - миллиамперметр магнитоэлектрической системы с пределом 300 мА, в качестве прибора PV - вольтметр с пределами 3-30-60-160 В.

2.1.2 Снять зависимость U (I), увеличивая ток от I=0 (SA - разомкнут) до
I =200-250 мА. Результаты измерений записать в графу "1-й источник" табл. 1.1,

Рисунок 1.1

Таблица 1.1 - Данные для построения внешних характеристик и определения параметров источников:

N n/n

I – источник

– 0 – 30 V +

II – источник

– 0 –6,3 V +

III – источник

U(B)

I(мА)

U(B)

I(мА)

U(B)

I(мА)

2.1.3. Подключить цепь на рис. 1.1 к источнику " 0 – 6,3V " и проделать то, что в п. 2.12, заполнять графу "2-й источник" табл. 1.1.

2.1.4 Подключить цепь на рис. 1.1 к зажимам "+" и "-" мостового выпрямителя, зажим "~" выпрямителя соединить с зажимами ~ 220 В стенда. Подать напряжение в цепь и проделать такие же измерения, как в п. 2.1.2, заполнить графу "3-й источник" табл. 1.1.

2.2 Измерение сопротивления резисторов:

2.2.1 Цепь на рис. 1.1 подключить к источнику " 0 – 30 V". В качестве R подключить резистор R2. Регулируя источник, установить удобные для отсчета значения напряжения и тока и записать их в графу R2 табл. 1.2.

2.2.2 Проделать то же, что и в п.2.2.1 с резисторами R3 , .., R7. Результате измерений записать в табл. 1.2.

2.3 Снятие данных для построения потенциальной диаграммы:

2.3.1 Собрать цепь по схеме на рис. 1.2.

2.3.2 С помощью вольтметра с нулем в середине шкалы измерить потенциалы всех точек, обозначенных на рис. 1.2 относительно точки, указанной преподавателем. Измерения выполнить при замкнутом и при разомкнутом ключе. Результаты записать в табл. 1.3.

Таблица 1.2 - Данные для определения параметров резисторов

		R2	R3	R4	R5	R6	R7
U	В
I	мА
R	Ом

Рисунок 1.2

Таблица 1.3 - Распределение потенциалов в цепи:

	Uа	Uж	Uв	Uк	Uб	Uг	Uд	Uе
I = мА
I = 0

3 Обработка результатов измерений:

3.1 В общих координатных осях U (I) построить внешние характеристики источников энергии по данным табл. 1.1.

3.2 По закону Ома вычислить сопротивления резисторов, используя данные табл. 1.2. Результаты записать в табл. 1.2.

3.3 Определять э д.с. и внутреннее сопротивление источников энергии. С этой целью использовать уравнение 2-го закона Кирхгофа (п. 1.2), подставив в него два значения напряжения при двух значениях тока из табл. 1.1. Рекомендуется использовать данные при I=0 и при наибольшем токе. Выбранные значения U и I, а также найденные значения Е и R₀ записать в табл. 1.4.

Таблица 1.4 - Параметры источников энергии:

Источник энергии	Измерено				Вычислено
	I₁	U₁	I₂	U₂	E	R₀
	мА	В	мА	В	В	Ом
1-й 2-й 3-й

3.4 Построить потенциальные диаграммы цепи на рис. 1.2. Диаграммы для замкнутого и разомкнутого положений ключа изобразить в одной и той же системе координат, U(R).

4 Контрольные вопросы и задачи:

4.1 Объясните внешние характеристики источников, снятые экспериментально. От чего зависит их наклон, а также значение U при I = 0?

4.2 Изобразите и обоснуйте семейства характеристик нескольких источников с одинаковыми E и различными R₀ .

4.3 Изобразите и обоснуйте семейства характеристик U(I) нескольких источников с различными E и одинаковыми R₀.

4.4 Определите параметры схем замещения типа "источник тока" использованных в работе источников энергии. Значения Е и R₀ взять из табл. 1.4.

4.5 На рис. 1.3 и 1.4 показаны возможные варианты включения приборов при измерении сопротивления методом амперметра и вольтметра. В каких случаях и в какой схеме погрешность при вычислении R по закону Ома будет меньше, если R определять, как U_V : I_A ?

Рисунок 1.3 Рисунок 1.4

4.6 В схемах на рис. 1.3 и 1.4 Rv=10000 Ом, R_А=2 Ом, U=20 B Определить показания приборов в обеих схемах в случаях: R = 10 Ом и R = 1000 Ом. Какими окажутся во всех случаях значения R´, найденные по закону Ома, если в качестве U и I использовать показания PV и PA? Вычислить относительную погрешность по формуле:

и сделать вывод о применении схем на рис. 1.3 и 1.4.

4.7 Скорректируйте значения R в таблице 1.2 с учетом применяемой схемы на рис. 1.1 и сопротивления миллиамперметра.

4.8 Для измерения э. д. с. гальванической батареи к ней подключили вольтметр, сопротивление которого R_V = 80 Ом. Каким будет показание вольтметра, если э. д. с. и внутреннее сопротивление батареи E = 4,5 В, R₀ = 10 Ом. Что покажет вольтметр с R_V = 4490 Ом? Сделайте вывод о влиянии сопротивления вольтметра на точность измерения э. д. с.

4.9 Объясните правила построения потенциальной диаграммы. От чего зависит знак и величина наклона участков диаграммы, соответствующих пассивным и активным участкам цепи?

4.10 Подтвердите расчетом значения потенциалов, полученные измерением (табл. 1.3).

4.11 На рис. 1.5 показана цепь зарядки аккумуляторной батареи U=20 B, E=12,5 B, R=4,8 Ом, R₀=0,2 Ом.

Определите зарядный ток и напряжение на зажимах батареи :

Рисунок 1.5

4.12 На рис. 1.6 изображен участок цепи, где Е₁= 20 B, I₁= 2 A, R₁= 5 Ом,
Е₂= 30 B, I₂= 3 A, R₂= 4 Ом, Е₃= 16 B, I₃= 4 A, R₃= 2 Ом. Вычислить потенциалы указанных на схемах точек и построить потенциальную диаграмму для заданного участка цепи.

Рисунок 1.6

Лабораторная работа 2

СЛОЖНАЯ ЦЕПЬ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы - опытное изучение распределения тока и напряжения в сложной цепи, усвоение расчета цепей методом уравнений Кирхгофа и методом эквивалентного генератора,

1 Домашняя подготовка:

1.1 Изучить материал 1, §§ 1.7,1.8, 1.25, 1.26 или 2 §§ 1.6, 2.9, 2.10, усвоить формулировки, смысл и запись уравнений Кирхгофа, правила их составления. Усвоить расчетный метод на основе использования уравнений Кирхгофа, а также расчет цепей методом эквивалентного генератора.

1.2 Заготовить бланк отчета, который должен содержать:

1.2.1 Таблицу 2.1 сопротивлений резисторов.

Таблица 2.1

R₂	R₃	R₄	R₅	R₆	R₇

1.2.2 Схему и таблицы из разд. 2 "Порядок выполнения работы", а также схему рис. 1.1 из лабораторной работы 1.

1.2.3 Систему уравнений Кирхгофа, записанных в общем виде для цепи на
рис. 2.1.

1.2.4 Решение задачи: определить методом эквивалентного генератора ток I в цепи на рис. 2.1, где э. д. с. в вольтах и сопротивления в омах указаны на схеме.

Рисунок 2.1

2 Порядок выполнения работы:

2.1 Определение параметров источников.

2.1.1 Собрать цепь по схеме на рис. 1.1 из работы 1.

Использовать вольтметр на 50 В и миллиамперметр на 300 мА магнитоэлектрической системы.

2.1.2 Измерить э. д. с. 1-го источника, как показание вольтметра при разомкнутом SA . Регулятор напряжения источника должен быть в положении максимума.

2.1.3 Установить с помощью резистора R₁ ток I в пределах 200-250 мА. Это значение тока и показание вольтметра U использовать для вычисления внутреннего сопротивления по формуле

2.1.4 Измеренные значения E и вычисленное значение R₀ записать в табл. 2.2.

Таблица 2.2 - Параметры источников энергии:

№ источ.	Обозначение на стенде	Э.д.с. (В)	Внутр. сопр.(Ом)
	« 0 – 30 V»	Е₁=	R₀₁ =
	« 0 –6,3 V»	Е₂=	R₀₂ =
		Е₃=	R₀₃ =

2.1.5 Повторить пп 2.1.2 - 2.1.4 для источника « 0 –6,3 V» и для мостовой схемы выпрямления. На выпрямительную схему подавать напряжение с зажимов
~220 В.

2.2 Опытное изучение законов Кирхгофа.

2.2.1 Собрать цепь но схеме на рис. 2.2.

В качестве РA использовать магнитоэлектрический прибор на 300 мА. Для измерения напряжения вольтметр (на схеме не показан) с пределами 3-30-60-150 В с нулем в середине шкалы.

2.2.2 После проверки схемы руководителем занятий подать в цепь напряжение и установить с помощью соответствующих ручек максимальные значения E_I и Е₂. Максимум Е_З обеспечивается подачей на входные зажимы выпрямителя ~ U=220 B.

Резистор R₁ должен быть в положении между МАХ и 0,5МАХ, что определяется по показанию РА при замкнутом SA.

Рисунок 2.2

2.2.3 Измерить и записать в табл. 2.3 напряжения на активных и пассивных участках цепи. Показание РА записать в графу I_вж таблицы 2.4.

Таблица 2.3 - Напряжение на участках цепи (в вольтах)

U_аб	U_бв	U_вг	U_гд	U_де	U_еа	U_дж	U_жа	U_вж	U_ав	U_вд

Примечание. Зажим "+" вольтметра всегда должен присоединяться к точке, соответствующей первой букве в индексе напряжения. При отклонении стрелки вольтметра вправо напряжение следует считать положительным, влево - отрицательным,

2.2.4 Вычислить и записать в табл. 2.4 токи в ветвях. Токи (кроме I_вж) определить по закону Ома, зная напряжение на резисторах (табл. 2.3) и их сопротивление (табл. 2.1). Ток I_вж определяется непосредственным измерением (п. 2.2.3).

Таблица 2.4 - Токи в ветвях цепи на рис.2.2 ( в амперах)

I_бв	I_вж	I_вг	I_де	I_дж	I_жд

2.2.5 По данным табл. 2.4 проверить справедливость 1-го закона Кирхгофа для трех узлов исследуемой цепи.

2.2.6 По данным табл. 2.3 проверить справедливость 2-го закона Кирхгофа для одного из контуров (по указанию преподавателя), записанного в форме 1, § 1.7.

Примечание. Вычисления по п.2.2.5 и 2.2.6 привести в отчете.

2.3 Опытная проверка метода эквивалентного генератора.

2.3.1 Вычислить по данным таблиц 2.3 и 2.4 значение R₁.

2.3.2 Измерить напряжение U_вжпри холостом ходе, т.е. при разомкнутом ключе SA.

2.3.3 Измерить ток короткого замыкания ветви вж. Для этого нужно замкнуть SA и вывести до нуля сопротивление резистора. Признаком R₁=0 является максимальное значение I_вж.

2.3.4 Вычислить входное (эквивалентное) сопротивление цепи относительно точек вж

2.3.5 Вычислить ток ветви вж по методу эквивалентного генератора

2.3.6 Полученное значение I_вж сравнить с измеренным в п.2.2.3 (табл. 2.4)

2.3.7 Результаты, полученные в пп. 2.2.1-2.2.5, записать в табл. 2.5.

Таблица 2.5 - К методу эквивалентного генератора:

R₁	U_вж х.х	I_вж к.з	R_э	I_вж
Ом	В	мА	Ом	мА

3 Контрольные вопросы в задачи:

3.1 Объясните методику составления уравнений по I-му закону Кирхгофа для пени на рис. 2.2 (правило знаков, число уравнений). Проверьте их справедливость для измеренных значений тока (табл. 2.4).

3.2 Сформулируйте 2-й закон Кирхгофа, записанный в виде [1,§1.7]. Проверьте его справедливость для различных контуров цепи на рис.2.2, используя данные таблиц 2.1, 2.2 и 2.4.

3.3 Сформулируйте 2-й закон Кирхгофа, записанный в виде [1,§1.7]. Проверьте его справедливость для различных контуров цепи на рис. 2.2, используя данные таблицы 2.3.

3.4 Вычислите напряжение между точками а и в, в и д, ж и е двумя способами: пользуясь уравнениями в форме п.3.2 и в форме п.3.3.

3.5 Запишите основную формулу для расчета I_вж методом эквивалентного генератора. Объясните путь (не делая вычислений) определения входящих в нее величин расчетным путем.

3.6 Объясните способ проверки метода эквивалентного генератора, примененный в данной работе.

3.7 Метод эквивалентного генератора в литературе иногда называют методом холостого хода и короткого замыкания. Чем это объясняется?

3.8 Не производя вычислений, объясните методику расчета методом эквивалентного генератора тока в любой другой ветви, кроме I_вж, изобразив для этого промежуточные схемы и записав соответствующие уравнения.

3.9 Составить систему уравнений Кирхгофа для цепи на рис. 2.3. Определить токи в ветвях, если E₁=30 B; E₂ =25 B; Е₃=11 В; R₁=5 Ом; R₂=10 Ом; R₃ = 8 Ом.

Рисунок 2.3

3.10 Вычислить ток в одной из ветвей (по указанию преподавателя) в цепи на рис. 2.3 методом эквивалентного генератора.

3.11 Вычислить ток в резисторе R₁ цепи на рис.2.4 методом эквивалентного генератора E₁ = E₄ = 48 Ом; J = 3 A; R₁ =100 Ом; R₂=4 Ом; R₃ = R₄ = 8 Ом.

3.12 Вычислить ток I в цепи на pис. 2.5 методом эквивалентного генератора Е=2 В; J=3 A; R=4 Ом.

Рисунок 2.4 Рисунок 2.5

Лабораторная работа 3

ИССЛЕДОВАНИЕ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ (ЛЭП)

ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы - опытное изучение энергетических показателей двухпроводной ЛЭП в различных режимах ее работы при передаче по ней энергии постоянным током.

1 Домашняя работа:

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 вкл

⇐ Предыдущая 1 2 3 4 56