![]()
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ» 3 страницаПри равенстве реактивной индуктивной составляющей тока в катушке IКР и емкостного тока IC вектор общего тока совпадает по фазе с вектором приложенного напряжения, а его величина определяется только активными составляющими токов IА = IR + IКА , При этом в цепи наступает явление резонанса токов, так как цепь, со- держащая реактивные элементы, ведет себя как цепь с чисто активным сопротив- лением. При резонансе токов токи в ветвях с реактивными элементами могут зна- чительно превышать ток, потребляемый от источника питания. 3. Порядок выполнения работы Ознакомиться с лабораторной установкой (компьютер, модуль ввода, модуль питания, модуль резисторов, модуль реактивных элементов). В соответст- вии со схемой по рис. 3 нарисовать принципиальную электрическую схему иссле- дуемой цепи с параллельным соединением резистора R1, индуктивной катушки Zк и конденсатора С. Собрать электрическую цепь (рис. 3), установив заданные преподавате- лем значения сопротивления резистора R1 и емкости конденсатора С. Подключе- ние отдельных ветвей осуществлять с помощью соответствующих проводников. Схему предъявить для проверки преподавателю. Включить компьютер, запустить программу Delta Profi, открыть окно «Электрические цепи. Работа № 5. Электрическая цепь переменного тока с парал- лельным соединением элементов». Запустить программу в работу, нажатием кноп- ки «Пуск» Включить электропитание стенда (выключатель QF, SA2 и SA1 модуля пи- тания) исследовать цепь. Для этого измерить напряжение на входе цепи U, токи в ветвях IR, IK, IC и ток I, потребляемый от источника питания. По осциллограммам приложенного напряжения U и тока I, потребляемого от источника питания опре- делить приближенно угол сдвига фаз j между приложенным на входе цепи напря- жением и потребляемым током и сделать вывод о характере цепи. Результаты из- мерений занести в табл. 1. Зарисовать осциллограммы напряжения и потребляемо- го тока, отметив на них угол сдвига фаз. Выключить электропитание. Рассчитать активную мощность Р, потребляемую цепью. Установить переключатель SA1 модуля реактивных элементов в пози- цию «0» (разомкнуть эту ветвь). Включив электропитание (выключатели QF1, SA2 и SA1 модуля питания) исследовать цепь с параллельным соединением резистора R и индуктивной катушки Zк. Для этого измерить напряжение U на входе цепи, токи
Рис. 3 Установить заданное значение емкости батареи конденсаторов и уда- лить один проводник в ветви с индуктивной катушкой Zк (разомкнуть ее). Вклю- чить электропитание (выключатели QF1, SA2 и SA1 модуля питания) и исследо- вать цепь с параллельным соединением резистора R и конденсатора C. Для этого измерить напряжение на входе цепи U, токи в ветвях IR, IC и ток I, потребляемый от источника питания. По осциллограммам приложенного напряжения U и тока I определить угол сдвига фаз φ между приложенным на входе цепи напряжением U и потребляемым током I и сделать вывод о характере цепи. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить источник питания. Рассчитать активную мощность Р, потребляемую цепью. 3. 6. Исследовать влияние емкости С, включенной параллельно индук- тивной катушке, на величину потребляемого от источника питания тока и коэффи- циент мощности цепи. Для этого удалить один проводник в ветви с резистором R (разомкнуть эту ветвь). Включить питание стенда (выключатели QF1, SA2 и SA1 модуля питания) и установить такое значение емкости С, при котором угол сдвига фаз между приложенным напряжением и потребляемым током будет близок к ну- лю. Измерить при этом токи в ветвях IK, IC, ток I, потребляемый из сети. По осцил- лограммам приложенного напряжения U и потребляемого тока I определить угол сдвига фаз φ между приложенным на входе цепи напряжением и потребляемым то- ком и сделать вывод о характере цепи. Результаты измерений занести в табл. 1. Рассчитать активную мощность Р, потребляемую цепью. Изменить по указанию преподавателя значение емкости конденсатора C и измерить токи, напряжение и активную мощность. По осциллограммам приложен- ного напряжения U и тока I определить угол сдвига фаз φ между приложенным на входе цепи напряжением и потребляемым током и сделать вывод о характере цепи. Результаты занести в табл. 1. Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп» Таблица 1
По опытным данным построить в масштабе векторные диаграммы для каждого опыта. Сделать выводы – о применении 1-го закона Кирхгофа в цепях переменного тока. – о влиянии параллельно включенных потребителей друг на друга, – о влиянии емкости конденсатора на величину потребляемого цепью тока и активной мощности, а также коэффициент мощности цепи.
4 Содержание отчета а) наименование работы и цель работы; б) схему эксперимента и таблицу полученных результатов; в) векторные диаграммы; г) выводы по работе. 5 Контрольные вопросы 1. Как при параллельном включении потребителей определить величину то- ка, потребляемого из сети? 2. С какой целью повышают коэффициент мощности цепи? 3. Как можно определить коэффициент мощности цепи? 4. Как изменятся величина тока, потребляемого из сети, и активная мощ- ность цепи, если параллельно активно-индуктивному потребителю включить кон- денсатор? 5. Почему уменьшается ток, потребляемый из сети, при подключении па- раллельно индуктивному потребителю конденсатора? 6. Как применяется 1-й закон Кирхгофа в цепях переменного тока? 7. Как построить векторную диаграмму для цепи, содержащей параллельно включенные индуктивную катушку и конденсатор? 8. Что такое «резонанс токов»? 6. Работа № 6. ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА»
1. Цель работы Ознакомиться с трехфазными системами, измерением фазных и линейных токов и напряжений. Проверить основные соотношения между токами и напряже- ниями симметричного и несимметричного трехфазного потребителя. Выяснить роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной цепи. Научиться стро- ить векторные диаграммы напряжений и токов для трехфазной цепи. 2. Пояснения к работе Трехфазная система переменного тока имеет ряд преимуществ по сравне- нию с постоянным током и однофазным переменным током и поэтому получила широкое применение. Чаще всего электрическая энергия вырабатывается, переда- ется и распределяется между потребителями трехфазными системами. Подавляю- щее большинство электродвигателей является двигателями трехфазного перемен- ного тока. Чтобы в трехфазной системе можно было одновременно пользоваться двумя различными напряжениями (например, 380В – для питания электродвигателей и 220В – для питания электрических ламп и других однофазных потребителей) при- меняют четырехпроводную систему электроснабжения. Четырехпроводная линия трехфазной системы имеет четыре провода: три линейных, по которым протекают линейные токи IA, IB, IC и один нулевой (нейтральный) провод, предназначенный для поддержания одинаковых значений фазных напряжений на всех трех фазах по- требителя. По нулевому проводу может протекать уравнительный ток I0, называе- мый нулевым или нейтральным током. Такая система соединения обмоток трех- фазного генератора и приемников (потребителей) называется «звездой» и показана на рис. 1. При соединении в звезду ток IA, протекаемый по фазе источника питания, равен току, протекаемому по линейному проводу фазы А. Этот же ток протекает и по фазе А потребителя. Следовательно, при соединении в звезду фазный ток IФ равен линейному току IЛ : IФ = IЛ . Напряжение между линейными проводам, называемое линейным напряже- нием (например, UAВ), оказывается в Ö 3 раз IA ZA
больше, чем фазное напряжение источника питания UA, UВ или UС,: UЛ =Ö 3 UФ . Если трехфазная система симметричная (все сопротивления и мощности фазных потребителей одинаковы), то по всем трем фазам протекают одинаковые по величине токи, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120°. Ток в ней- тральном проводе при этом равен нулю. Напряжения на всех фазах потребителя также отличаются друг от друга только по начальной фазе на 120° (рис. 2).
IА А IА
I n I N I U UВ С В В
c U U Рис. 3 С С Рис.. 4 B При включении в разных фазах различных по мощности потребителей (не- симметричная нагрузка), токи каждой фазы (в каждом линейном проводе) отлича- ются друг от друга не только начальной фазой, но и величиной. По нейтральному проводу при этом протекает ток, вектор которого на основании первого закона Кирхгофа равен геометрической сумме векторов фазных токов (рис. 3) ⎯ IA + ⎯ IB + ⎯ IC = ⎯ I0.
ний на всех фазах потребителей и появле- нию напряжения смещения нейтрали UNn (рис. 4). Положение точки «n» на вектор- ной диаграмме при измеренных значениях напряжений на фазах потребителей UAП, UВП и UСП может быть определено мето- дом засечек (рис. 5) или рассчитано анали- тически. 3. Порядок выполнения работы R3 = U
Рис. 5
R2 = UВП Ознакомиться с лабораторной установкой (компьютер, модуль ввода, модуль питания, модуль трехфазного напряжения, модуль трехфазного трансфор- матора, модуль резисторов). В соответствии со схемой по рис. 6 нарисовать электрическую схему исследуемой цепи. Установить на модуле трехфазного напряжения частоту пи- тающего напряжения 50 Гц (потенциометр RP1 - в крайнее правое положение). Установить переключатели значений сопротивлений резисторов в позицию «~». Предъявить схему для проверки преподавателю. Включить компьютер, запустить программу Delta Profi, открыть окно «Электрические цепи. – Работа № 6. Трехфазная цепь при соединении по схеме звезда». Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» Включить модуль питания стенда (выключатель QF1и SA2), модуль трехфазного напряжения (выключатель SA1). Установить тумблер SA2 в позицию «Вперед». Включить модуль трехфазного трансформатора (выключатель QF). Из- мерить линейные напряжения UАВ, UВС, UСА и фазные напряжения UА, UВ, UС трех- фазного источника питания (трехфазного трансформатора) в режиме холостого
хода. Для этого подключать поочередно вход датчика напряжения ДН1 модуля ввода к выводам «а» и «b», «b» и «c», «c» и «а», «n» и «а», «n» и «b», «n» и «c» мо- дуля трехфазного напряжения. Результаты измерений занести в табл. 1, вычислив при этом среднеарифметические значения напряжений UЛCР. и UФСР. Выключить модуль трехфазного трансформатора (выключатель QF1). Рис. 6 Таблица 1
Установить в фазах потребителя по указанию преподавателя одинако- вые значения сопротивлений резисторов (симметричную нагрузку). Включить электропитание стенда. Измерить токи, фазные и линейные напряжения при вклю- ченном нейтральном проводе. Напряжения измерять, подключая входы датчика напряжения ДН1 к соответствующим гнездам. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить модуль трехфазного трансформатора. Разомкнуть цепь нейтрального провода (удалить соответствующий про- водник). Включить модуль трехфазного трансформатора и повторить те же изме- рения при отключенном нейтральном проводе. Результаты занести в табл. 2. Вы- ключить модуль трехфазного трансформатора. По указанию преподавателя изменить значения сопротивлений резисто- ров в фазах потребителя, обеспечив несимметричную нагрузку. Замкнуть цепь ней- трального провода (включить соответствующий проводник). Включить модуль трехфазного трансформатора и измерить токи, линейные и фазные напряжения в каждой фазе потребителя при наличии нейтрального провода. Результаты записать в табл. 2. Выключить модуль трехфазного трансформатора. Разомкнуть цепь нейтрального провода (удалить соответствующий про- водник). Включить модуль трехфазного трансформатора и вновь измерить токи и напряжения. Результаты записать в табл. 2. Остановить программу, нажатием кноп- ки «Стоп». Выключить модули и электропитание. Для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы. Сделать вывод о влиянии нейтрального провода на режим работы трех- фазной цепи при симметричной и несимметричной нагрузке. Таблица 2
4. Содержание отчета Отчет по работе должен содержать: а) наименование работы и цель работы; б) технические данные электроизмерительных приборов; в) схему эксперимента с включенными измерительными приборами; г) таблицы с результатами эксперимента; д) векторные диаграммы для всех проведенных опытов; е) вывод о роли нейтрального провода в трехфазной цепи при соединении потребителя по схеме звезда. 5 Контрольные вопросы 1. Какое соединение называется звездой? 2. Каково соотношение между фазным и линейным напряжениями трехфаз- ного источника питания при соединении его обмоток по схеме звезда? 3. Какое соотношение между фазными и линейными токами при соедине- нии в звезду? 4. Как определить величину тока в нейтральном проводе, если известны то- ки потребителя? 5. Для чего применяют нейтральный провод? 6. К каким зажимам следует подключить вольтметр, чтобы измерить фазное и линейное напряжение? 7. Какая трехфазная нагрузка называется симметричной? 8. Почему при несимметричной нагрузке обрыв нейтрального провода явля- ется аварийным режимом? 7 Работа № 7. ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПО СХЕМЕ «ТРЕУГОЛЬНИК»
1. Цель работы Исследовать особенности работы трехфазной цепи при соединении симмет- ричного и несимметричного потребителей треугольником, усвоить построение век- торных диаграмм по результатам эксперимента.
2. Пояснения к работе
могут быть соединены в треугольник (рис. 1). Следует помнить, что схема включения A обмоток трехфазного генератора не предо- пределяет схему соединения нагрузки. Так, при соединении фаз генератора в звезду на- B грузка может быть соединена в звезду с ней- тральным проводом, в звезду без нейтраль- C ного провода или в треугольник.
метричной трехфазной нагрузки линейные напряжения оказываются равными фазным
Рис. 1 напряжениям UФ = UЛ, а линейные токи в Ö 3 раз больше, чем токи в фазах потре- бителя:
При этом все фазные токи равны по величине и отличаются друг от друга по фазе на 120°. То же самое относится и к линейным токам (рис. 2). При несимметричной нагрузке связь ме- жду линейными и фазными токами выражается уравнениями, записанными на основании перво- закона Кирхгофа в комплексной или векторной форме: IА =⎯ IАВ –⎯ IСА, ⎯ IВ =⎯ IВС –⎯ IАВ, ⎯ IС =⎯ IСА –⎯ IВС. UАВ
IA IB При соединении в треугольник нулевой провод отсутствует, но все фазные потребители в этом случае должны быть рассчитаны на номи- нальное линейное напряжение.
3. Порядок выполнения работы UСА IСА
Рис. 2 IВС UВС
Ознакомиться с лабораторной установкой (компьютер, модуль ввода, модуль питания, модули трехфазного напряжения, модуль трехфазного трансфор- матора, модуль резисторов, ). В соответствии со схемой по рис. 3 нарисовать принципиальную элек- трическую схему исследуемой цепи. Собрать электрическую цепь (рис. 3). Установить переключатели зна- чений сопротивлений резисторов в позицию «~». Включить компьютер и открыть окно «Электрические цепи – Лабораторная работа № 7. Трехфазная цепь при со- единении потребителей по схеме «треугольник».
Рис. 3 Установить на модуле трехфазного напряжения частоту питающего на- пряжения 50 Гц (потенциометр RP1 – в крайнее правое положение). Переключате- ли SA1, SA2, SA3 модуля резисторов установить в позицию «∞ ». Включить компь- ютер, запустить программу Delta Profi, открыть окно «Электрические цепи. – Ра- бота № 6. Трехфазная цепь при соединении потребителей по схеме треугольник». Запустить программу в работу, нажатием кнопки «Пуск» После проверки схемы преподавателем включить модуль питания стенда (выключатели QF1 и SA2), модуль трехфазного напряжения (выключатель SA1). Установить тумблер SA2 в позицию «Вперед». Включить модуль трехфазного трансформатора (выключатель QF). Измерить линейные напряжения UАВ, UВС, UСА трехфазного источника питания (трехфазного трансформатора) в режиме холосто- го хода. Для этого подключать входы датчика напряжения ДН1 к соответствую- щим гнездам модуля трехфазного трансформатора. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить модуль трехфазного трансформатора. Таблица 1
Установить заданные преподавателем одинаковые значения сопротив- лений резисторов (симметричную нагрузку). Включить модуль трехфазного транс- форматора. Измерить фазные токи IВС, IСА и линейные токи IА, IВ. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить модуль трехфазного трансформатора. Рассчитать по первому закону Кирхгофа (графически или комплексным способом) линейный ток IС. и фазный ток IАВ Результаты вычислений занести в табл. 2 и сравнить их значе- ния с измеренными значениями фазных и линейных токов. Разомкнуть линейный провод фазы «А», включить модуль трехфазного трансформатора и провести измерения фазных и линейных токов (табл. 2). Сделать вывод о величине тока IС. Результаты занести в табл. 2. Выключить модуль трех- фазного трансформатора. Выключить нагрузку в фазе потребителя «АВ» (переключатель величи- ны сопротивления RАВ установить в позицию «∞ ») и включив питание провести измерения фазных и линейных токов. Сделать вывод о величине тока IС. Результа- ты занести в табл. 2. Выключить питание. По указанию преподавателя установить несимметричную нагрузку в фазах потребителя. Включив питание и провести измерения фазных и линейных токов. Результаты измерений записать в табл. 2. Выключить модуль трехфазного трансформатора. . Рассчитать по первому закону Кирхгофа (графически или ком- плексным способом) линейный ток IС. и фазный ток IАВ. Результаты вычислений занести в табл. 2. Выключить электропитание стенда. Остановить программу, нажа- тием кнопки «Стоп» Для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы. Сравнить результаты измерений линейных и фазных токов при соеди- нении в треугольник при симметричной и несимметричной нагрузке. Проанализировать влияние обрыва линейного провода на режим работы потребителей. Сравнить режимы работы при включении потребителей в звезду и тре- угольник при симметричной и несимметричной нагрузке. Таблица 2
4. Содержание отчета
Отчет по работе должен содержать: а) наименование работы и цель работы; б) технические данные электроизмерительных приборов; в) схему эксперимента с включенными измерительными приборами; г) таблицы с результатами эксперимента; д) векторные диаграммы для всех проведенных опытов; е) выводы по работе.
5. Контрольные вопросы
1. Каким образом три однофазных потребителя соединяют в треугольник? 2. Куда следует подключать вольтметр, чтобы измерить фазное и линейное напряжения трехфазного потребителя? 3. В каком соотношении находятся фазные и линейные напряжения сим- метричного потребителя, соединенного в треугольник? 4. Какое соотношение между фазными и линейными токами симметричного потребителя, соединенного в треугольник? 5. Всегда ли справедливы при соединении в треугольник соотношения ⎯ IА = IАВ –⎯ IСА, ⎯ IВ = IВС –⎯ IАВ, ⎯ IС = IСА –⎯ IВС. 6. Всегда ли при соединении в треугольник справедливо соотношение IА + IВ + IС = 0? 7. Как отразится отключение одной фазы потребителя на режим работы других фаз и на режим работы всей трехфазной цепи, соединенной в треугольник? 8. Работа № 1-8 НЕЛИНЕЙНАЯ ЦЕПЬ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА
|
||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|