Главная

Контакты

Случайная статья

• Автоматизация
• Антропология
• Археология
• Архитектура
• Биология
• Ботаника
• Бухгалтерия
• Военная наука
• Генетика
• География
• Геология
• Демография
• Деревообработка
• Журналистика
• Зоология
• Изобретательство
• Информатика
• Искусство
• История
• Кинематография
• Компьютеризация
• Косметика
• Кулинария
• Культура
• Лексикология
• Лингвистика
• Литература
• Логика
• Маркетинг
• Математика
• Материаловедение
• Медицина
• Менеджмент
• Металлургия
• Метрология
• Механика
• Музыка
• Науковедение
• Образование
• Охрана Труда
• Педагогика
• Полиграфия
• Политология
• Право
• Предпринимательство
• Приборостроение
• Программирование
• Производство
• Промышленность
• Психология
• Радиосвязь
• Религия
• Риторика
• Социология
• Спорт
• Стандартизация
• Статистика
• Строительство
• Технологии
• Торговля
• Транспорт
• Фармакология
• Физика
• Физиология
• Философия
• Финансы
• Химия
• Хозяйство
• Черчение
• Экология
• Экономика
• Электроника
• Электротехника
• Энергетика

«ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ ЦЕПИ» 3 страница

При равенстве реактивной индуктивной составляющей тока в катушке I_КР и емкостного тока I_C вектор общего тока совпадает по фазе с вектором приложенного напряжения, а его величина определяется только активными составляющими токов I_А = I_R + I_КА , 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 Z_к 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» или командой главного меню «Управление – Пуск» или горячей клавишей F5.

Включить электропитание стенда (выключатель QF, SA2 и SA1 модуля пи- тания) исследовать цепь. Для этого измерить напряжение на входе цепи U, токи в ветвях I_R, I_K, I_C 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 Z_к. Для этого измерить напряжение U на входе цепи, токи

в ветвях I_R, I_K и ток I, потребляемый от источника питания. По осциллограммам приложенного напряжения U и тока I определить угол сдвига фаз φ между прило- женным на входе цепи напряжением U и потребляемым током I и сделать вывод о характере цепи. Результаты измерений занести в табл. 1. Выключить электропита- ние. Рассчитать активную мощность Р, потребляемую цепью.

Рис. 3

Установить заданное значение емкости батареи конденсаторов и уда- лить один проводник в ветви с индуктивной катушкой Z_к (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 I_R, I_C 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 I_K, I_C, 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»  или командой главного меню «Управление – Стоп» или горячей клавишей F6. Рас- считать активную мощность Р, потребляемую цепью.

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 I_A, I_B, I_C 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 I_A, 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 I_Ф равен линейному току I_Л :

I_Ф = I_Л .

Напряжение между линейными проводам, называемое линейным напряже- нием (например, U_AВ), оказывается в Ö 3 раз

IA         Z_A

Рис. 1.            ZС

больше, чем фазное напряжение источника питания U_A, U_В или U_С,:

U_Л =Ö 3 U_Ф .

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).

U_А                                      U

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)

⎯ I_A + ⎯ I_B + ⎯ I_C = ⎯ I₀.

Обрыв нейтрального провода (трехпроводная система) при несимметричной нагрузке приводит к изменению напряже-

ний на всех фазах потребителей и появле- нию напряжения смещения нейтрали U_Nn

(рис. 4). Положение точки «n» на вектор- ной диаграмме при измеренных значениях напряжений на фазах потребителей U_AП, U_ВП и U_СП 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» или коман- дой главного меню «Управление – Пуск» или горячей клавишей F5.

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 U_АВ, U_ВС, U_СА и фазные напряжения U_А, U_В, U_С трех- фазного источника питания (трехфазного трансформатора) в режиме холостого

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

Потребители электрической энергии при питании от трехфазного источни- ка, как и источники электрической энергии,

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.

При соединении в треугольник сим- N

метричной трехфазной нагрузки  линейные

напряжения оказываются равными фазным

Рис. 1

напряжениям U_Ф = U_Л, а линейные токи в Ö 3 раз больше, чем токи в фазах потре-

бителя:

I_Л = 3 I_Ф .

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

IАВ                      го

I_A            I_B

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» или командой глав- ного меню «Управление – Пуск» или горячей клавишей F5.

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 U_АВ, U_ВС, U_СА 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 I_ВС, I_СА и линейные токи I_А, I_В. Результаты измерений занести в табл. 2. Выключить модуль трехфазного трансформатора. Рассчитать по первому закону Кирхгофа (графически или комплексным способом) линейный ток I_С. и фазный ток I_АВ 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 I_С. Результаты занести в табл. 2. Выключить модуль трех- фазного трансформатора.

Выключить нагрузку в фазе потребителя «АВ» (переключатель величи- ны сопротивления R_АВ установить в позицию «∞ ») и включив питание провести измерения фазных и линейных токов. Сделать вывод о величине тока I_С. 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 I_С. и фазный ток I_АВ. Результаты вычислений занести в табл. 2. Выключить электропитание стенда. Остановить программу, нажа- тием кнопки «Стоп»   или командой главного меню «Управление – Стоп» или горячей клавишей F6.

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

I_А + I_В + I_С = 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