Доклад: на засіданні методради ДонДТУ Протокол № 6 від 14.05.2010р 2 страница

Рисунок 3.1 – Схема заміщення ЛЕП

На схемі позначення Rл — сумарний опір проводів лінії;

Rн — опір навантаження;

U1 і U2 — напруга на початку і в кінці лінії відповідно;

I — струм в лінії і в навантаженні.

2.3 Для характеристики роботи лінії використовуються також наступні величини:

ΔUл — падіння напруги в проводах ЛЕП;

Р2 — потужність в навантаженні;

P1 — потужність, що набирає в лінію від джерела енергії;

ΔPл — втрати потужності виділяються у вигляді тепла в проводах.

Величини, вказані в п.2.2 і 2.3 зв'язані між собою наступними співвідношеннями:

Для ККД існують і інші формули, зокрема

2.5 Схема ланцюга, який служить лабораторною моделлю для експериментального дослідження ЛЕП, показана на рис. 3.2.

2.6 Rл на лабораторному стенді — це послідовно з’єднані резистори R6 і R7 по 100 Ом кожен.

Rн — два послідовно сполучених регульованих резистора R і R1 з опором 0-330 Ом у кожного.

2.7 PV1 — вольтметр з верхньою межею 60 В для вимірювання напруги U1, PV2 — вольтметр з межею 50 В — для вимірювання U2, РА — міліамперметр з межею 300 мА для вимірювання струму лінії і навантаження.

Рисунок 3.2 — Схема ланцюга, який служить лабораторною моделлю для експериментального дослідження ЛЕП

3 Порядок виконання роботи:

3.1 Дослідження роботи лінії на змінне навантаження при незмінній напрузі на початку лінії:

3.1.1 Зібрати ланцюг по схемі на рис. 3.2 з урахуванням п.п. 2.6 і 2.7. Представити схему для перевірки.

3.1.2 Встановити регулятор напруги в нульове положення, резистори Rн в положення максимального опору, ключ SА в розімкнений стан (режим холостого ходу лінії).

3.1.3 Включити блок живлення і встановити по вольтметру PV1 напругу V1=50 В. Записати в таблицю 3.1 значень I = 0 і U2 (повинно бути U2 = U1).

3.1.4 Замкнути ключ SA, знову відрегулювати U1=50 B і записати свідчення РА і PV2 в другий рядок таблиці 3.1.

3.1.5. Підтримуючи U1=50 B і зменшуючи Rн до нуля, зняти і записати свідчення РА і РV2. Рекомендується встановлювати такі значення струму, при яких U2 набуває значень 50, 35, 25, 15 і 0.

Таблиця 3.1 — Дослідження роботи лінії на змінне навантаження при U1=50 B (пост.) і при Rл=200 Ом (пост).

3.2 Дослідження впливу опору проводів лінії на енергетичні показники її роботи:

3.2.1 У схемі, на рис. 3.1 Rл і Rн поміняти місцями, тобто як Rл включити послідовний два резистори з регульованим опором, а як Rн — два сполучених послідовно резистора по 100 Ом.

3.2.2 Після перевірки схеми керівником занять встановити резистори Rл і регулятор напруги в нульове положення, включити живлення, встановити U1=50 В, записати значення I і U2 в таблицю 3.2.

Таблиця 3.2 — Дослідження роботи лінії із змінним її опором U1= 50 В, Rн =200 Ом:

3.2.3 Змінюючи Rл від 0 до максимального значення, зміряти і записати 4 — 5 значень струму і напруги U2. При знятті свідчень РА і PV2 необхідно кожного разу встановлювати U1=50 В.

3.3 Дослідження залежності енергетичних показників лінії від напруги в початок лінії при постійній потужності в навантаженні P2. Ця частина роботи виконується розрахунковим шляхом в наступному порядку.

3.3.1 Задатися опором лінії Rл = 10 0м і потужністю навантаження в межах P2 = 40 — 50 Вт (Конкретне значення P2 для кожної бригади указує викладач).

Таблиця 3.3 — Дослідження лінії при постійній потужності Р2 = Вт і різних значеннях U1, Rл =10 Ом:

3.3.2 Обчислювати значення струму I, враховуючи, що P2 = U2I.

3.3.3 Обчислювати опір Rн за законом Ома.

3.3.4 Обчислити решту величин, вказаних в таблиці 3.3, користуючись формулами в п.2.3.

4 Обробка результатів вимірювань і розрахунків:

4.1 Розрахувати і записати величини, вказані в графах «обчислено» таблиці 3.1. Для цього використовувати формули, приведені в п. 2.4.

4.2 Побудувати графіки залежностей ΔUл(I) і U2(I) в одній системі координат і ΔРл(I); P2(I); P1(I) і η(I) у іншій.

4.3 Розрахувати величини в графах «обчислено» таблиця 3.2 і за отриманими даними побудувати графіки залежностей ΔUл (Rл), ΔРл (Rл) і η(Rл).

4.4 За даними таблиці 3.3 побудувати графіки I (U1), ΔUл (U1), ΔPл (U1) і η(U1).?

5 Контрольні питання і завдання:

5.1 Користуючись даними, отриманими в розділі 3.1 пояснити роботу ЛЕП при U1 = пост., Rл = пост., Rн = змін., зокрема:

5.1.1 По якому закону застосовується U2 при зміні струму? За допомогою відповідних формул підтвердите або скоректуйте графіки ΔUл(I) і U2(I), отримані експериментально.

5.1.2 Приведіть формули, що дозволяють пояснити або скорегувати залежності ΔРл(I); P1(I); U2(I) і η(I).

5.1.3 Охарактеризуйте характер застосування Р2 при збільшенні струму від I = 0 до I = 0,5Iк і від I = 0,5Iк до Iк, де Iк струм при Rн = 0.

5.1.4 Запишіть формулу залежності Р2 від Rн і, дослідив її на екстремум, визначите Rн, при якому Р2 = Р2 max.

5.1.5 Як називається режим роботи ЛЕП при P2 max? Які значення U2 і η у цьому режимі? У яких випадках такий режим застосовується на практиці?

5.1.6 Охарактеризуйте граничні режими роботи ЛЕП: холостий хід і коротке замикання. При яких значеннях Rн ці режими виходять? Які значення I, U2 і η у цих режимах?

5.2 Користуючись даними, отриманими в розділі 3.2, поясните вплив Rл на енергетичні показники роботи ЛЕП при U1 = пост, Rн = пост, зокрема:

5.2.1 За допомогою відповідних формул поясните або скорегуйте, якщо необхідно, залежності ΔU(Rл), ΔP(Rл) і η(Rл).

5.2.2 З графіка η(Rл) і відповідної формули витікає, що, зменшуючи Rл, ККД ЛЕП можна як завгодно наблизити до 100%. Чому на практиці не прагнуть отримати к.к.д. більше 95 — 96%?

5.3 Виходячи з умов P2 = пост і Rл = пост, поясните залежності струму, втрат потужності і ККД ЛЕП від напруги на початку ліній U1, представлені в таблиці 3.3 і відповідним графіками.

5.4 Користуючись даними, отриманими в розділі 3.3, поясните, чому передача електроенергії на великі відстані здійснюється при дуже високій напрузі, обчислюваних сотнями тисяч вольт.

5.5 У скільки разів довелося б збільшити перетин проводів ЛЕП, якби потужність, передавану при напрузі 220 кВ, вирішили передавати при напрузі 220 В?

5.6 Розрахувати перетин алюмінієвих проводів двопровідною ЛЕП для передачі потужності P2= 100 кВт при напрузі U2=10 кВ на відстані 50 км. ККД лінії 95%, питомий опір алюмінію 2,9·10-8 Ом · м.

5.7 Чому дорівнюватиме значення ККД двопровідною ЛЕП для передачі потужності P2=100 кВт при напрузі U2 =10 кВ на відстані 50 км, якщо лінію виконати мідними проводами перетином 55 мм2?

Питомий опір міді 1,75·10-8 Ом · м.

5.8 Напруга на початку лінії зв'язку U1=30 В. Якщо в кінці лінії включити приймальний апарат №1, напруга на ньому опиниться рівним U2=27 В, якщо включити апарат №2, напруга U2 дорівнюватиме 21 В, якщо включати апарат №3, напруга U2 дорівнюватиме 15 В. Прі використанні якого апарату потужність передаваного сигналу у споживача буде найбільшою?

5.9 Сумарний опір проводів Rл = 5 Ом. Напруга на початку лінії U1=3250 В. Потужність в навантаженні Р2 = 100 кВт. Обчислите ККД ЛЕП

В результаті розрахунку повинно виходить два значення ККД. Поясните цей факт, користуючись графіками Р2(I) і η(I), побудованими за наслідками дослідження ЛЕП в розділі 3.1(U1 = пост, Rл = пост, Rн = змін.).

Лабораторна робота 4

ДОСЛІДЖЕННЯ ЛАНЦЮГІВ ЗМІННОГО СТРУМУ ПРИ ПОСЛІДОВНОМУ І ПАРАЛЕЛЬНОМУ З'ЄДНАННЯХ ЕЛЕМЕНТІВ

Мета роботи — засвоєння методики експериментального визначення параметрів елементів ланцюгів змінного струму, дослідне вивчення розподілу напруги і струму в ланцюгах змінного струму при послідовному і паралельному з'єднанні ділянок, засвоєння методики розрахунку таких ланцюгів.

1 Домашня підготовка до роботи:

1.1 Вивчити [1 §§3.1-3.4, 2] тему «Електричні ланцюги однофазного синусоїдального струму».

1.2 Вирішити завдання (рішення має бути в бланку звіту):

1.2.1 Ланцюг складається з послідовно сполучених: індуктивної котушки (Rк = 40 Ом, L = 0,0955 Гн), резистора (Rр = 20 Ом), конденсатора (C= 28,95 мкФ). Загальна напруга задана рівнянням: u = 141 sinωt, частота f = 50 Гц.

Потрібно:

а) визначити значення загальної напруги і струму, що діють;

б) значення напруги на затисках котушки, резистора і конденсатора, що діють;

в) записати вираз миттєвих значень цієї напруги і струму;

г) побудувати в масштабі векторну діаграму напруги.

1.2.2 Індуктивна котушка (ХL = 80 Ом, RK = 60 Ом) і конденсатор (ХC = 160 Ом) сполучені паралельно і підключені до джерела з напругою 200В. Визначити струм в котушці, конденсаторі і споживаний від джерела. Обчислити активну, реактивну і повну потужність. Побудувати векторну діаграму струмів.

1.3 Заготовити бланк звіту з схемами і таблицями, приведеними в п.2, а також з вирішеннями завдань з п.1.

2 Порядок виконання роботи:

2.1 Визначення параметрів котушки, резистора і конденсатора.

2.1.1 Зібрати ланцюг по схемі рис. 4.1, підключивши як приймач енергії Z індуктивну котушку. Ланцюг підключити до вихідних затисків джерела змінної регульованої напруги (клеми 0-250 В панелі живлення лабораторного стенду).

2.1.2 Подати на схему напругу і, регулюючи напругу, встановити струм в межах 0,1 — 0,2 А. Показання всіх приладів запи­сати в таблицю 4.1.

2.1.3 Замінити котушку на резистор. Повторити п.2.1.2.

2.1.4 Замінити резистор конденсатором. Повторити п.2.1.2.

Рисунок 4.1 – Ланцюг для визначення параметрів котушки, резистора і конденсатора

Таблиця 4.1 — Визначення параметрів котушки, резистора і конденсатора.

2.2 Послідовне з'єднання приймачів:

2.2.1 У ланцюзі на рис.4.1 як приймач енергії підключити резистор і котушку, сполучені послідовно. Устано­віть схему струму 0,1- 0,2 А, зміряти загальну напругу, потужність, а також напругу на резисторі і котушці, приєднуючи до відповідних клем вольтметр PV. Свідчення приладів записати в табл.4.2.

2.2.2 Виконати п.2.2.1 при послідовному з'єднанні резистора і конденсатора.

2.2.3 Виконати п.2.2.1 при послідовному з'єднанні котушки, резистора і конденсатора.

Таблиця 4.2 — Послідовне з'єднання приймачів енергії

2.3 Паралельне з'єднання приймачів енергії.

2.3.1. Зібрати ланцюг по схемі на рис. 4.2

Рисунок 4.2 – Паралельне з'єднання приймачів енергії

2.3.2 Зміряти струми в гілках, загальний струм, напруга і потужність при паралельному з'єднанні котушки і резистора (штепсельний роз'їм ШР4 без замикача). Для цього по черзі, замість замикачів штепсельних роз’ємів ШР1, ШР2, необхідно включити амперметр РА. Результати записати у відповідний рядок таблиці 4.3.

2.3.3 Виконати п.2.3.2 при паралельному включенні резистора і конденсатора (ШР2 без замикача).

2.3.4 Виконати п.2.3.2 при паралельному включенні всіх трьох елементів.

Таблиця 4.3 — Паралельне з'єднання приймачів енергії

3 Обробка результатів роботи:

3.1 За наслідками вимірювань п.2.1 обчислити повний, активний і реактивний опори приймачів енергії, користуючись законом Ома, формулою потужності і співвідношеннями з трикутника опорів.

3.2 Обчислити повну провідність і її складові: активну g і реактивну b, користуючись законом Ома і співвідношення з трикутника провідності

Результати розрахунків по пп.3.1, 3.2 занести в відповідні стовпці таблицю. 2.1.

3.3 Використовуючи параметри таблиці. 4.1, визначити загальну напругу U, активну потужність Р і коефіцієнт потужності cosφ розрахунковим шляхом при струмі проведення відповідних дослідів в п.2.2. При цьому необхідно користуватися співвідношеннями: ,(тут алгебраїчна сума, > 0, XC < 0 )

Результати занести в графу «обчислено» таблицю. 4.2.

3.4. Для всіх випадків послідовного з'єднання побудувати в масштабі векторні діаграми напруги і діаграми опорів.

3.5 За наслідками розрахунку для всіх випадків послідовного з'єднання побудувати графіки миттєвих значень струму і напруги.

3.6 Задаючись таким же напругою, як і при вимірюваннях в пп.2.3.2, 2.3.3, 2.3.4, визначати загальний струм і споживану потужність розрахунковим шляхом в тих же варіантах паралельного з'єднання елементів. Для обчислень використовувати параметри елементів, записані в таблиці. 4.1, а також наступні співвідношення:

3.7 Побудувати в масштабі векторні діаграми струмів і діаграми провідності для трьох варіантів паралельного з'єднання.

3.8 За наслідками розрахунку для трьох варіантів паралельного з'єднання побудувати графіки миттєвих значень напруги і струмів.

3.9 Зробити вивід про виконану роботу (письмово).

3.10 Підготувати відповіді на контрольні питання.

4 Контрольні питання:

4.1 Як записуються і зображуються на графіках синусоїдальний струм, напруга, е. р. с.? Якими величинами вони характеризуються?

4.2 Що таке значення струму, що діють, напруга, е. р. с.?

4.3 Як зв'язані миттєві і такі, що діють значення струму з миттєвими і значеннями напруги, що діють: 1) на ділянці ланцюга з активним опором; 2) на ділянці ланцюга з індуктивністю; 3) на ділянці ланцюга з ємкістю; 4) при послідовному з'єднанні всіх цих елементів; 5) при паралельному з'єднанні елементів.

4.4 Трикутники опорів і провідності, співвідношення, витікаючи з них.

4.5 Що таке активна потужність і як вона обчислюється?

4.6 Методика розрахунку ланцюгів при послідовному з'єднанні на основі векторних діаграм.

4.7 Методика розрахунку ланцюгів при паралельному з'єднанні на основі векторних діаграм.

R = 6 Ом Визначити I, UR, XC, Z

U = 100 В

Uc = 80 В

R = 20 Ом Визначити U, I2, XC, у, Z

I = 5 А

I1 = 3 А

4.10 Напруга, активна, ємкісна і індуктивний опір в Омах вказані на схемі. Визначити загальний струм і коефіцієнт потужності ланцюга.

4.11 У ланцюзі до завдання п.4.8. Полу­чить виразу миттєвих значень струму i, загальної напруги U, напруги на резисторі UR.

4.12 У ланцюзі і завданні п.4.9 Отримати вирази миттєвих значень i, i1, U.

4.13 У ланцюзі до завдання п.4.10 Отримати вирази миттєвих значень U, i, i1, i2.

4.14 Завдання. Ланцюг складається з послідовно сполучених котушки і конденсатора. Напруга 100 В, cosφ1, ланцюга 0,8, cosφ2, котушки 0,6. Визначити напругу на котушці і конденсаторі, зобразивши заздалегідь схему заміщення ланцюга і побудувавши (якісно) векторну діаграму.

4.15 Завдання. Визначити ємкість конденсатора, який необхідно включити послідовно з лампою розжарювання 100 Вт, 127 В для забезпечення нормальної роботи лампи від мережі 220 В, 50 Гц.

4.16 Завдання. Індуктивна котушка має параметри: L = 0,1 Гн, R = 40 Ом. Визначити активну, реактивну і повну провідність при двох значеннях частоти: 50 Гц і 100 Гц.

Лабораторна робота 5

ЛАНЦЮГ ЗМІННОГО СТРУМУ ІЗ ЗМІШАНИМ

З'ЄДНАННЯМ ДІЛЯНОК

Мета роботи — дослідне вивчення основних співвідношень між струмами, напругою і параметрами схеми в ланцюзі змінного струму із змішаним з'єднанням ділянок, засвоєння символічного методу розрахунку.

1 Підготовка до роботи:

1.1 Вивчити по підручнику 1 §§ 5.4, 5.5, 5.10-5.13, 2 §§ 3.5-3.14 або по конспекту основи символічного методу розрахунку ланцюгів синусоїдального струму.

1.2 Познайомитися з методами експериментального визначення параметрів елементів ланцюгів змінного струму на основі вимірювань по схемах на рис. 5.1а і 5.2а. Суть методів для найбільш простого випадку, коли у якості – резистор, викладена в п. 1.2.1 і 1.2.2.

а) б) а) б)

Рисунок 5.1 – Схема (а) та Рисунок 5.2 – Схема (а) та

векторна діаграма напруги(б) векторна діаграма струмів (б)

1.2.1 Схема на рис.5.1а. Векторна діаграма напруги — на рис. 5.1б. З векторної діаграми і з теореми косинусів:

по відомій напрузі визначається.

За законом Ома і з трикутника опорів знаходимо

1.2.2 Схема на рис. 5.2а. Векторна діаграма струмів на рис. 5.2б.

Із співвідношення обчислюється. За законом Ома і з трикутника опорів

1.3 Завдання 1. У ланцюзі на рис. 5.1а свідчення приладів:

U = 95,4 B; U1 = 50 B; U2 = 60 B; I = 2 A.

Обчислити R1, R2, XL, φ2 записати комплекси і у формах алгебри і показової.

Завдання 2. У ланцюзі на рис. 5.2а: U =200 B; I=7,81 A; I1=4 A; I2=5 A. Визначити R1, R2, XL, φ2 і записати і в обох формах.

1.4 Заготовити бланк звіту з вирішеннями завдань з п.1.3 і монтажних схем і таблиць, приведених в розділі 2 «Порядок виконання робіт».

2 Порядок виконання роботи:

2.1 Визначення комплексних опорів елементів ланцюгу.

2.1.1 Зібрати ланцюг по схемі на рис. 5.3. Як R використати резистор по вказівці керівника. У якості індуктивну котушку

Рисунок 5.3 – Ланцюг для визначення комплексних опорів елементів ланцюга

2.1.2 Включити блок живлення і встановити напругу, що забезпечує зручні для відліку значення струмів I, I1, і I2. Дані занести в 1-й рядок таблиці 5.1. Значення U і I1 занести також в рядок «резистор» таблиці 5.1.