к лабораторным работам

Сборник методических указаний

по дисциплине

ЭЛЕКТРООБОРУДОВАНИЕ ПРОМЫШЛЕННОСТИ

Направление подготовки: 140600 «Электротехника, электромеханика и

электротехнологии»

Специальность подготовки: 140610 «Электрооборудование и электрохозяйства

предприятий, организаций и учреждений»

Форма обучения – заочная

Тула 2011 г.

СОДЕРЖАНИЕ

ВВЕДЕНИЕ.. 2

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ 3

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ.. 4

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1. 5

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2. 11

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3. 18

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4. 23

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5. 27

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 6. 32

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №7. 37

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №8. 41

ВВЕДЕНИЕ

Настоящие методические указания предназначены для студентов очного обучения по направлению подготовки «Электротехника, электромеханика и электротехнологии», специальности «Электрооборудование и электрохозяйства предприятий, организаций и учреждений»

Успешное освоение дисциплины предполагает приобретение умений и навыков экспериментальных исследований основных потребителей электрической энергии, что является основной целью лабораторных занятий. В задачи изучения дисциплины входит изучение процессов и характеристик потребителей электрической энергии, влияния их на системы электроснабжения, а также овладение методиками расчета элементов электроустановок и способами улучшения качества электроэнергии. Базовыми дисциплинами для освоения курса являются теоретические основы электротехники, электрические и электронные аппараты, а также соответствующие разделы курсов физики и высшей математики.

В настоящем сборнике помещены методические указания к двенадцати лабораторным работам по курсу «Электрооборудование промышленности». Объем каждой лабораторной работы таков, что студент за одно лабораторное занятие имеет возможность полностью выполнить задание и составить отчет по работе при условии наличия заранее заготовленных бланков протокола испытаний и расчетно-графической части.

ОБЩИЕ ТРЕБОВАНИЯ К ВЫПОЛНЕНИЮ И ОФОРМЛЕНИЮ ЛАБОРАТОРНЫХ РАБОТ

Прохождение лабораторного практикума включает в себя три этапа:

1) Самостоятельную подготовку к работе;

2) Проведение экспериментов в лаборатории;

3) Обработку результатов экспериментов и оформление отчета.

1. В процессе самостоятельной подготовки студенты обязаны:

а) Изучить или повторить основные теоретические положения по теме, которую отражает лабораторная работа, для чего использовать конспект лекций и рекомендованные преподавателем литературы. Качество своей подготовки можно оценить с помощью контрольных вопросов, приведенных в методических указаниях.

б) Подготовить бланки протокола испытаний и расчетно-графической части отчета, формы которых даны в методических указаниях.

в) Уяснить цель работы и изучить порядок ее выполнения.

Неподготовленный студент к выполнению работы не допускается.

2. Проведение экспериментов осуществляется фронтальным методом на универсальных лабораторных стендах в составе бригад в соответствии с графиком, составленным преподавателем. Электрические схемы собирают на стендах с помощью проводников. После сборки схемы ее необходимо предъявить для проверки преподавателю или лаборанту. Включение напряжения можно производить только получив на это разрешение. Самовольное включение напряжения категорически запрещается. Предъявлять электрическую схему для проверки необходимо также после любого, даже незначительного изменения. Если невыполнение указанных требований повлекло за собой выход из строя приборов и оборудования, виновный несет материальную ответственность.

Применяя электронные измерительные приборы, следует внимательно ознакомиться с передней панелью прибора, назначением ручек, переключателей и гнезд. При необходимости следует обратиться за помощью к преподавателю или лаборанту.

В процессе выполнения работы протокол испытаний заполняют экспериментальными данными, снимаемыми с электроизмерительных приборов. После завершения работы, не разбирая электрическую схему, протокол испытаний предъявляют для проверки преподавателю, который своей подписью удостоверяет правильность результатов. После этого электрическую схему следует разобрать.

Время проведения экспериментов должно составлять не более 30–35 минут.

3. Обработка результатов измерений, оформление и защита отчетов проводится в лаборатории непосредственно после выполнения работы. Отчет по лабораторной работе включает в себя:

– подписанный преподавателем протокол испытаний;

– расчетно-графическую часть;

– краткие выводы по работе.

Содержание расчетно-графической части отчета указано в методических указаниях.

При оформлении отчета необходимо выполнять требования ЕСКД. Если студент не успел на занятии оформить отчет до конца, то он заканчивает оформление дома с предъявлением отчета на следующем занятии.

ТЕХНИКА БЕЗОПАСНОСТИ

На вводном занятии преподаватель знакомит студентов с инструкцией по технике безопасности при эксплуатации электроустановок, где изложены основные правила, которые необходимо соблюдать при работе в лаборатории. Студенты, прошедшие инструктаж, должны расписаться в журнале и строго следовать положениям инструкции.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №1

ОПРЕДЕЛЕНИЕ КРИВОЙ НАМАГНИЧИВАНИЯ СТАЛИ СЕРДЕЧНИКА ТРАНСФОРМАТОРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Практическое применение закона полного тока и закона электромагнитной индукции, ознакомление с основными свойствами электротехнических сталей.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Кривой намагничивания ферромагнитного материала называется геометрическое место точек вершин частных петель перемагничивания. Таким образом, кривая намагничивания является, некоторой усреднённой характеристикой магнитных свойств стали. Кривая намагничивания даётся в виде зависимости и может быть представлена в виде таблиц, графика или аналитическом виде (некоторой аппроксимирующей функции).

Индукция и напряженность магнитного поля внутри сердечника связаны с электрическими параметрами внешней цепи синусоидального тока, под действием которого происходит перемагничивание. В режиме холостого хода трансформатора приложенное внешнее напряжение уравновешивается э.д.с. самоиндукции намагничивающей обмотки. Эта э.д.с. определяется законом электромагнитной индукции

При синусоидальном потоке действующее значение э.д.с. самоиндукции определяется выражением

где – число витков обмотки;

– частота сети;

– амплитуда магнитного потока,

где – поперечное сечение стали сердечника.

Исходя из вышесказанного следует, что координата вершины петли гистерезиса при данном токе

В режиме холостого хода, пренебрегая незначительным падением напряжения на активном и индуктивном сопротивлении первичной обмотки, в соответствии со вторым законом Кирхгофа приложенное первичное напряжение уравновешивается э.д.с. самоиндукции

Относительно действующих значений величин можно записать

Максимальное значение индукции при заданном напряжении рассчитывается по формуле

Определив постоянный коэффициент и, задаваясь различными напряжениями получают ряд значений

Координату вершины частной петли перемагничивания при заданном напряжении можно определить по закону полного тока. Для однородной магнитной цепи (цепи, имеющей постоянное сечение и материал по всей длине магнитопровода) можно записать

где – амплитуды напряжённости и тока намагничивания;

– длина средней магнитной линии;

– число витков намагничивающей обмотки.

Для неоднородного магнитопровода с одной намагничивающей обмоткой закон полного тока имеет вид

Напряженности участков определяются на основании непрерывности магнитного потока.

Для однородного магнитопровода, зная величину измеренного действующего значения намагничивающего тока и считая этот ток синусоидальным (что достаточно точно до индукции насыщения), можно определить амплитуду напряжённости магнитного поля, соответствующую некоторой вершине некоторой частной петли перемагничивания

Таким образом, задаваясь рядом значений напряжений в указанном выше диапазоне, получают экспериментально ряд значений намагничивающего тока. Замерив, сечение магнитопровода и длину средней магнитной линии, полученную зависимость можно пересчитать в искомую зависимость по приведённым выше соотношениям.

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

В лаборатории №224 объектом исследования является однофазный трансформатор, в лаборатории №251 исследуют одну фазу трехфазного трансформатора, Трансформаторы крепятся в нижней части стенда. Начала и концы обмоток трансформатора подключены к зажимам, расположенным на щитке.

Маркировка зажимом для однофазного трансформатора: начало обмотки конец обмотки начало обмотки конец обмотки

Маркировка зажимом для трехфазного трансформатора: начало обмоток фаз концы обмоток фаз начало обмоток фаз концы обмоток фаз

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Записать в протокол испытаний необходимые паспортные данные трансформатора.

2. Провести обмер сердечника для установления сечения магнитопровода (коэффициент заполнения стали принять равным ) и длины средней магнитной линии. Если в лабораторной работе используется трёхфазный трансформатор в однофазном режиме, то в первом приближении необходимо считать, что магнитный поток замыкается по среднему стержню. При этом намагничивающую обмотку выбрать на крайнем стержне в месте установки дополнительной обмотки.

3. Собрать электрическую схему, представленную на рис.1 (прил.) В качестве намагничивающей обмотки необходимо выбрать обмотку низшего напряжения, так как на лабораторных стендах невозможно установить напряжение более Обмотка низшего напряжения рассчитана на и использование этой обмотки в качестве первичной позволяет достичь индукции в сердечнике превышающей индукцию насыщения.

4. После проверки преподавателем правильности сборки электрической схемы подать напряжение на стенд, нажав кнопку «ПУСК» на торцевой панели стенда, и с помощью регулятора напряжения установить номинальное значение напряжения для намагничивающей обмотки.

5. Замерить напряжение дополнительной обмотки с известным числом витков для определения числа витков намагничивающей обмотки трансформатора.

6. Снять зависимость Результаты записать в табл.1. Максимальное значение напряжения выбрать больше номинального на

7. Снять напряжение со стенда, нажав кнопку «СТОП» на торцевой панели.

8. Согласовать с преподавателем полученные результаты и разобрать электрическую схему.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Провести вычисление витков намагничивающей обмотки. Число витков на вольт (по принятому в теории трансформаторов понятию) или сколько витков должна содержать обмотка, чтобы напряжение на её зажимах было бы равно одному вольту:

Число витков искомой обмотки

2. По результатам зависимости составить таблицу и изобразить в масштабе график этой зависимости.

3. Определить коэффициент трансформации трансформатора.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что представляет собой кривая намагничивания ферромагнитного материала?

2. Что такое частные и предельные циклы перемагничивания? Как они зависят от частоты?

3. Привести зависимость для диа – и парамагнетиков.

4. Как формулируется, записывается и интерпретируется закон электромагнитной индукции?

5. Как формулируется и записывается закон полного тока для однородного и неоднородного магнитопровода.

6. Как можно экспериментально определить неизвестное число витков трансформатора?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н., Зорин О.Н. Электротехника. –М.: Энергоатомиздат, 1985. – 550 с.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. –М.: Энергоатомиздат, 1998. – 440 с.

3. Волынский Б.А., Зейн Е.Н., Шатерников В.Е. Электротехника. –М.: Энергоатомиздат, 1987. –528 с

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабораторной работе № 1. Определение кривой намагничивания стали сердечника трансформатора.

; ; коэффициент заполнения стали

Рис. Схема эксперимента.

Ход работы:

Напряжение на дополнительной обмотке: (при )

Рис. Геометрические параметры

магнитопровода.

Таблица. Зависимость .

№	I₁, A	U₁, B

Геометрические параметры магнитопровода: ; ;

Число витков намагничивающей обмотки:

Таблица. Пересчитанная зависимость B(H).

№	H, A/м	B, Тл

Вывод:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №2

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей работы является определение коэффициента мощности однофазного трансформатора в режиме холостого хода и частичных нагрузок. При этом для определения влияния трансформатора на реактивную составляющую передаваемого тока, нагрузка трансформатора выполнена активной..

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В системах передачи электроэнергии силовые трансформаторы являются необходимыми элементами этих систем. В местах производства электроэнергии по соображениям габаритных допустимых размеров электрогенераторов генерируемое напряжение составляет . Для экономической передачи электрической энергии на дальние расстояния это напряжение необходимо повысить до . В местах приема электроэнергии высокое напряжение необходимо снизить до приемлемых значений. Причем это снижение может осуществляться ступенчато на уровне района, затем предприятия, затем цеха. Таким образом, в линии передачи электроэнергии установленная мощность трансформаторов в несколько раз больше установленной мощности электрогенераторов. (Минимальное соотношение 2:1). В связи с этим представляется целесообразным установить влияние силового трансформатора на коэффициент мощности системы передачи электроэнергии.

Передача энергии из первичной во вторичную обмотку осуществляется электромагнитным путем. Расчет мощности магнитного поля в сердечнике трансформатора показывает , что эта мощность равна мощности потерь в стали сердечника трансформатора (пропорциональна площади петли гистерезиса) и несколько уменьшается с увеличением нагрузки трансформатора. В первичной обмотке трансформатора наводится э.д.с. самоиндукции, а во вторичной - э.д.с. взаимной индукции

где , - магнитные потоки, сцепленные со своими обмотками. Эти потоки имеют общую составляющую - основной или рабочий магнитный поток и небольшие потоки рассеяния каждой обмотки.

Для первичной и вторичной обмотки в соответствии со вторым законом Кирхгофа записываются уравнения электрического равновесия. В комплексной форме для стационарного режима эти уравнения имеют вид:

(2)

(3)

где - комплексы напряжений и э.д.с. первичной и вторичной обмотки;

- активные сопротивления первичной и вторичной обмотки;

- индуктивные сопротивления рассеяния первичной и вторичной обмоток.

Уравнения (2) и (3) в теории трансформаторов дополняются еще одним уравнением, которое носит название трансформаторного закона:

, (4)

где - ток холостого хода трансформатора.

Магнитодвижущая сила (м.д.с.) в режиме различных нагрузок примерно остается неизменной. Действительно увеличение тока ведет к росту тока , а направление м.д.с. согласно правилу Ленца противоположно действию м.д.с. .

В теории трансформаторов рассматриваются и -образные схемы замещения. При этом параметры вторичной обмотки приводятся к первичной или первичной обмотки ко вторичной в зависимости от задачи исследования. Относительно входных и выходных зажимов наиболее целесообразной является -образная схема замещения (рис. 2.1).

Рис.2.1 Г-образная схема замещения трансформатора

На рисунке 2.1. приняты следующие обозначения (для понижающего трансформатора)

- напряжение и ток первичной обмотки;

- ток холостого хода;

- приведенный ток вторичной обмотки к первичной (здесь - коэффициент трансформации; - отношение числа витков обмотки высшего напряжения к числу витков обмотки низшего напряжения);

- приведенное к первичной обмотке вторичное напряжение трансформатора;

- параметры короткого замыкания трансформатора (определяются в опыте короткого замыкания);

;

сопротивления вторичной обмотки, приведенные к первичной обмотке.

- комплексное сопротивление нагрузки, приведенное к первичной обмотке.

- сопротивление, соответствующее потерям в стали:

где - мощность и ток в опыте холостого хода трансформатора.

- индуктивность намагничивания трансформатора. Она связана с основным, рабочим потоком следующими соотношениями:

где – рабочий (основной) магнитный поток и потокосцепление соответственно.

Для определения фазового сдвига между входным напряжением и током можно использовать схему, представленную на рисунке 2.1.

(5)

Искомый фазовый сдвиг определяется из треугольника сопротивлений:

(6)

Уравнения (2), (3) и (4) могут быть переписаны относительно приведенных параметров:

)

(7)

В соответствии с уравнениями (7) для трансформатора может быть построена векторная диаграмма (рис.2.2), на которой можно проследить зависимость коэффициента мощности от нагрузки.

Рис.2.2. Векторная диаграмма трансформатора

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования является однофазный трансформатор, в лаборатории №251 исследуют одну фазу трехфазного трансформатора. Трансформатор закреплен в нижней части стенда. Начала и концы обмоток трансформатора подключены к зажимам, расположенным на щитке.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Внимательно ознакомиться с конструкцией трансформатора. Найти нa клеммном щитке зажимы начал и концов обмоток ВН и НН.

2. Записать в таблицу паспортные данные трансформатора.

3. Собрать электрическую цепь, схема которой представлена на рис.а.

В качестве нагрузки в лаборатории №251 используется жидкостный реостат. Переключатели пределов ваттметра установить: для тока для напряжения .

4. Для исследования режима холостого хода трансформатора, в жидкостном реостате вынуть пластины из воды. Амперметр должен обеспечивать измерение тока холостого, хода.

4.1. После проверки преподавателем правильности сборки электрической цепи подать напряжение на стенд, нажав кнопку «Пуск» на торцевой панели стенда, и с помощью регулятора напряжения установить номинальное значение напряжения

4.2. Подключить к сети первичную обмотку трансформатора, нажав кнопку "Пуск" на передней панели стенда. В режиме холостого хода замерить ток , активную мощность и напряжение на вторичной обмотке Результаты записать в таблицу.

5. Для исследования трансформатора в режиме нагрузки отключить трансформатор от сети, нажав кнопку "Стоп" на переднее панели стенда. Заменить амперметр на прибор, позволяющий измерить номинальное значение первичного тока . Амперметр должен быть рассчитан на измерение

5.1. Исследовать работу трансформатора в режиме нагрузки для чего, подключив трансформатор к сети, увеличивать нагрузку, погружая пластины в воду в жидкостном реостате. По мере увеличения нагрузки до номинального режима снимать показания амперметров и , ваттметра и вольтметра и записать их в таблицу.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

В таблице опыта нагрузки определить вычисляемые величины.

В одной системе координат построить зависимость коэффициента мощности от коэффициента нагрузки . Таких кривых должно быть две. Коэффициент мощности для одной кривой определяется по формуле , а для второй - по формуле (6).

В масштабе построить векторную диаграмму трансформатора для одного из коэффициентов нагрузки, указанного преподавателем.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое схема замещения трансформатора?

2. Изобразить и назвать параметры Г-образной схемы замещения трансформатора.

3. Уравнения трансформатора и его векторная диаграмма.

4. Устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

5. Причины реактивности трансформатора.

6. Как меняется и почему коэффициент мощности трансформатора?

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабораторной работе № 2. Исследование однофазного трансформатора.

Исходные данные:

; ; ; ;

а)

б) в)

Рис. Схемы экспериментов: а) опыт холостого хода; б) опыт короткого замыкания; в) опыт нагрузки.

Ход работы:

а) Опыт холостого хода: ; ; .

б) Опыт короткого замыкания: ; ; .

в) Опыт нагрузки

№

; ;

Полное входное сопротивление схемы:

где:

; ;

; .

; ; ; ; ; ;

Тогда:

Реактивная мощность холостого хода:

;

КПД при коэффициенте приведенных потерь при

Вывод:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3

КОМПЕНСАЦИЯ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ОДНОФАЗНОГО

ТРАНСФОРМАТОРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей работы является экспериментальная проверка эффективности компенсации реактивной мощности трансформатора с помощью конденсаторов, включенных параллельно первичной обмотке (поперечная компенсация).

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Как было показано в п.2 лабораторной работы №2 комплексное сопротивление нагрузки линии электропередачи можно представить так:

Для основных преобразователей электрической энергии - трансформаторов и асинхронных двигателей нагрузка носит активно-индуктивный характер. Ток нагрузки таких преобразователей отстает по фазе от питающего напряжения на угол

Ток нагрузки формально можно представить в виде активной и реактивной составляющей (рис.3.1).

Рис.3.1. Векторная диаграмма

Активная составляющая тока соответствует некоторой активной мощности

Реактивная составляющая тока соответствует циркуляции энергии - в некоторую часть периода электрическая энергия переходит в энергию магнитного поля индуктивности, которая определяет индуктивное сопротивление. В другую часть периода энергия, запасенная в магнитном поле, преобразуется в электрическую энергию и возвращается в сеть и нагрузку. Колебания мгновенной мощности происходят с удвоенной частотой сети:

Положительные значения , соответствуют активной мощности, отрицательные - реактивной. Интегральное значение реактивной мощности определяется выражением:

Для определения активной мощности можно пользоваться выражениями

Соответственно для вычисления реактивной мощности справедливы формулы

Реактивную мощность емкостной нагрузки записывают со знаком минус.

Активную и реактивную мощность также можно вычислить, если использовать произведение комплекса напряжения на сопряженный комплекс тока:

Как следует из векторной диаграммы (см. рис.3.1.) ту же самую активную мощность можно передать, если уменьшить угол до нуля, т.е. исключить реактивную составляющую тока . Для этого в цепь питания нагрузки ввести емкостный элемент, ток которого опережает напряжение на электрических градусов и по величине равен реактивному току нагрузки. Следует заметить, что включение синусного конденсатора ни коим образом не влияет на режим работы нагрузки в предположении, что сеть обладает бесконечной мощностью или, что одно и тоже, имеет внутреннее сопротивление равное нулю. Емкостные элементы достаточно хорошо реализуются с помощью косинусных конденсаторов, которые можно включить параллельно нагрузке (рис.3.2)

Рис.3.2. Схема включения конденсатора

При полной компенсации реактивной составляющей тока нагрузки приведенная схема соответствует полной компенсации, а в цепи возникает резонанс токов. Величину косинусного конденсатора можно определить из следующих соображений.

Ток синусного конденсатора должен быть равен току реактивной составляющей активно-индуктивной нагрузки

где

Так как , то величина емкости конденсатора определяется по формуле:

Величину ёмкости компенсирующих конденсаторов можно определить по опытным данным, замерив активную мощность потребляемую из сети Р, величину тока I и напряжение на зажимах потребителя U. Произведение тока на напряжение даёт величину полной мощности S. Отношение активной мощности к полной представляет собой коэффициент мощности. Произведение тока на синус угла коэффициента мощности есть величина реактивного тока, который должен быть скомпенсирован током батареи конденсаторов. Таким образом, величина ёмкости компенсирующих конденсаторов может быть определена по формуле:

Следует заметить, что трансформатор представляет собой нелинейную цепь, в которой возникают высшие гармоники тока. Поэтому полная компенсация реактивной мощности цепи со сталью, т.е. трансформатора невозможна.

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования является однофазный трансформатор, а так же блоки конденсаторов для компенсации его реактивной мощности.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. Собрать схему опыта как в лабораторной работе №2 (без компенсирующих конденсаторов).

2. Выключить питание стенда и подключить компенсирующие конденсаторы согласно вычисленным значениям с возможно минимальной погрешностью.

3. Включить стенд и зафиксировать показания приборов.

ОБАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. По данным лабораторной работы №2 рассчитываются значения емкости косинусного конденсатора в режиме холостого хода.

2. Определить резонансную частоту и декремент затухания.

3. Заготовить таблицу со столбцами (значения и взять из соответствующей таблицы лаб. раб.№2).

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Объяснить характер активно-индуктивной нагрузки основных преобразователей электрической энергии - трансформаторов и асинхронных двигателей.

2. Что такое электрический резонанс и в частности резонанс токов?

3. Почему в цепях с нелинейной нагрузкой нельзя добиться полной компенсации реактивной энергии?

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабороторной работе № 3. Компенсация реактивной мощности однофазного трансформатора.

Исходные данные:

Исходные данные для расчетов взяты из предыдущей лабораторной работы.

U₁, B	I₁, A	P₁, Вт	U₂, B	I₂, A	S₁, ВА

Ход работы:

Рис. Схема эксперимента.

Расчетная емкость конденсатора на холостом ходу (по данным лабораторной работы №2):

Результаты измерений

№	C, мкФ	U₁, В	I₁, А	P₁, Вт

Вывод:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА С

МОДЕЛЬЮ ЛИНИИ ЭЛЕКТРОПЕРЕДАЧИ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей работы является определение влияния сопротивления линии электропередачи на энергетические показатели транспортирования электрической энергии. Определяются потери энергии и изменение напряжения при различной длине линии электропередачи.

ОСНОВЫ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

В общем случае линия электропередачи является объектом с распределенными параметрами и содержит распределенные по длине линии активное сопротивление, индуктивность и емкость. Активное сопротивление зависит от сечения и материала проводника линии. Индуктивность и емкость определяется расстоянием между проводами.

В данной работе рассматривается упрощенная модель линии электропередачи, которая представлена сосредоточенным резистивным элементом. Модель такого объекта представлена на рисунке 4.1.

Рис.4.1. Упрощённая модель линии электропередачи.

При токе нагрузки в линии электропередачи создается падение напряжения

Напряжение на нагрузке отличается от напряжения в начале линии электропередачи

В активном сопротивлении линии электропередачи электрическая энергия переходит в тепло. Мощность потерь в линии

Для обеспечения потребителей напряжением близким к номинальному, входное напряжение линии электропередачи делают больше номинального напряжения потребителей. Например, выходное напряжение трансформаторов трансформаторной подстанции (ТП) составляет вольт при номинальном напряжении потребителя вольт. Потребители, подключенные ближе к ТП, питаются несколько более завышенным напряжением, чем потребители, подключенные в конце линии электропередачи, напряжение которых может быть меньше номинального на некоторую допустимую величину ( ).

Линии электропередачи выполняются, как правило, алюминиевым проводом стандартного сечения (А16, А35, А50 и т.д.). Буква А обозначает материал провода - алюминий. Цифра в обозначении соответствует сечению скрученных проводников в квадратных миллиметрах.

Сечение линии электропередачи, которое и определяет ее сопротивление, может быть выбрано из двух независимых условий. В более ранние времена это сечение определялось по допустимой плотности тока при максимальной нагрузке. Для открытых воздушных линий электропередачи для алюминиевых проводов допустимая максимальная плотность тока составляет ампер на квадратный миллиметр. В настоящее время с ростом стоимости цветных металлов сечение линии электропередачи выбирается исходя из экономических соображений. В задачу линейного программирования вводятся граничные условия по стоимости потерь электроэнергии и цене единицы длины линии электропередачи за некоторое время, которые в экономических теориях и расчётов называются удельными затратами.

Независимо от этого, уменьшение тока нагрузки за счет снижения ее реактивного тока, приводит к положительному результату - уменьшаются необратимые потери электрической энергии в линии электропередачи.

ОБЪЕКТ И СРЕДСТВА ИССЛЕДОВАНИЯ

Объектом исследования является модель линии электропередач.

ПОРЯДОК ПРОВЕДЕНИЯ ЭКСПЕРИМЕНТА

В режиме холостого хода замерить напряжение на входе и выходе линии электропередачи.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА

1. По данным лабораторной работы №2 рассчитать мощность потерь в линии электропередачи и изменение напряжения на нагрузке в режиме холостого хода.

2. Сопротивление линии электропередачи принять равным значению, указанному на реостате при полном его включении.

3. Напряжение на входе линии принять равным 200 вольт.

4. В журнале лабораторных работ заготовить таблицу, в столбцы которых занести заданные данные - коэффициент нагрузки , сопротивление нагрузки , мощность потерь , напряжение на нагрузке .

5. Добавить в таблицу под рубрикой “измерено” и .

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. По какому закону изменяется напряжение вдоль однородной линии электропередачи?

2. Как влияют распределённые индуктивность и ёмкость на изменение напряжения вдоль линии электропередачи.

3. Из каких соображений выбирается сечение линии?

ПРОТОКОЛ ИСПЫТАНИЙ

к лабораторной работе № 4. Исследование однофазного трансформатора с моделью линии электропередачи

Исходные данные:

По данным лабораторной работы №2 (на холостом ходу); ; .

Ход работы:

Рис. Схема эксперимента.

Мощность потерь

сопротивление нагрузки

Тогда напряжение на нагрузке

Вывод:

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОМПЕНСАЦИИ РЕАКТИВНОЙ МОЩНОСТИ ОДНОФАЗНОГО ТРАНСФОРМАТОРА

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Целью настоящей работы является экспериментальное исследование влияния компенсации реактивной мощности на потери в линии электропередачи и изменение напряжения в конце линии в режиме холостого хода и частичных нагрузок однофазного трансформатора.

ОСНОВНЫЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ ПОЛОЖЕНИЯ

Компенсация реактивной мощности электрических преобразователей энергии приводит к уменьшению тока передаваемого по линии электропередачи. Это приводит к положительным результатам - уменьшаются падение напряжения в линии и мощность потерь

Формулы записаны для упрощенной модели линии электропередачи, которая представлена сосредоточенным резистивным элементом.

Рассмотрим изменение падения напряжения в линии и изменение мощности потерь в ней как функции коэффициента мощности нагрузки, приняв за единицу значение этих функций для . Другими словами рассматриваются нормированные значения указанных функций. При данном рассмотрении будем считать постоянной величиной активную мощность, поступающую в линию электропередачи. Этому положению соответствует векторная диаграмма, приведенная на рисунке 5.1.

Рис.5.1. Векторная диаграмма

Для различных углов меняется только реактивная составляющая тока

При полной компенсации реактивной мощности составляющая тока при условии постоянства передаваемой мощности будет величиной постоянной. Падение напряжения в линии будет определяться выражением . При отсутствии компенсации реактивной мощности падение напряжения в линии будет определяться полным током

Нормированное изменение напряжения в функции угла будет определяться выражением

Аналогичные рассуждения можно провести для мощности потерь в линии электропередачи при принятом выше условии постоянства передаваемой мощности.

При полной компенсации

При отсутствии компенсации

Нормированная мощность потерь