- •1. Общие указания к выполнению лабораторных работ.
- •Лабораторная работа №1 Простейшие регуляторы напряжения и тока.
- •1.1. Цель работы.
- •1.2. Теоретическая часть.
- •1.3. Описание лабораторной установки
- •1.4. Порядок выполнения работы
- •1.5. Обработка результатов эксперимента
- •1.6. Вопросы и задания для самопроверки
- •3. Краткие теоретические положения
- •4. Описание лабораторного оборудования
- •5. Объем и методика проведения исследования
- •5.1. Порядок выполнения работы
- •6. Контрольные вопросы
- •7. Порядок оформления отчета
- •3. Описание лабораторной установки.
- •4. Порядок выполнения работы.
- •5. Обработка результатов эксперимента.
- •6. Вопросы и задания для самопроверки.
- •3. Описание лабораторной установки
- •4. Порядок выполнения работы.
- •5. Обработка результатов эксперимента.
- •6. Вопросы и задания для самопроверки.
- •Задачи для самостоятельного решения.
- •3. Описание лабораторной установки.
- •4. Порядок выполнения работы.
- •5. Обработка результатов эксперимента.
- •6. Вопросы и задания для самопроверки.
- •Задача для самостоятельного решения
- •Пояснения для построения векторных диаграмм
- •4. Описание лабораторного оборудования
- •5. Объем и методика проведения исследования.
- •5.1. Порядок выполнения работы
- •6. Контрольные вопросы
- •3. Описание лабораторной схемы.
- •4.Порядок выполнения работы.
- •5. Обработка результатов эксперимента.
- •6. Вопросы и задания для самопроверки.
- •Задача для самостоятельного решения.
5. Обработка результатов эксперимента.
По результатам эксперимента рассчитать все величины, указанные в таблице 4.
Построить графики зависимостей I, P, Q, φ, cosφ в функции емкости батареи конденсаторов.
Построить векторные диаграммы для первого опыта, последнего опыта и опыта, в котором резонанс токов.
Произвести анализ полученных графиков и сделать выводы по работе.
6. Вопросы и задания для самопроверки.
6.1. Определение резонанса токов.
6.2. Условие возникновения резонанса токов.
6.3. Каким образом можно определить, что в исследуемой цепи в данном опыте наступил резонанс токов?
6.4. Как разложить ток на составляющие – активную и реактивную.
6.5. Как определить ток в неразветвленной части цепи при параллельном соединении пассивных приемников.
6.6. Проводимость, активная и реактивная составляющие проводимости.
6.7. В каких электрических устройствах используется явление резонанса тока?
Задачи для самостоятельного решения.
Задача 1. Цепь из параллельно соединенных активного сопротивления r = 440 Ом и индуктивности L = 1,4 Гн питается от сети переменного тока напряжением 220В и частотой 50 Гц. Определить токи ветвей и общий ток, а также активную, реактивную и полную мощности цепи.
Задача 2. К схеме подведено напряжение U = 220В, сопротивления: r1 = 11 Ом; r2 = 6 Ом; x2 = 8 Ом.
1) Определить показания приборов и построить векторную диаграмму.
2) Каким образом в схеме можно осуществить резонанс токов?
Практическое применение резонанса токов.
Лабораторная работа №5
Повышение коэффициента мощности в цепях синусоидального тока.
1. Цель работы
Исследование и практическое повышение коэффициента мощности электропотребителей в цепях синусоидального тока.
Литература
(1) § 7 стр. 167; (3) § 1-2 стр. 46 §19; (4) § 6 стр.552.
2. Теоретическая часть.
Коэффициент мощности электропотребителя
(5.1)
показывает, какую часть полной мощности электропотребителя S составляет активная мощность P, где φ – угол сдвига фаз между напряжением и током электропотребителя.
Большинство промышленных электропотребителей переменного тока имеют активно-индуктивный характер; некоторые из них работают с низким коэффициентом мощности и, следовательно, потребляют значительную реактивную мощность. К таким электропотребителям относятся асинхронные двигатели, установки электросварки, высокочастотной закалки и т.д.
Рассмотрим простейший случай: единичный электропотребитель подключен к линии электропередачи (ЛЭП). На схеме замещения рис.5.1. электропотребитель может быть представлен последовательным соединением двух идеальных элементов: идеальный резистор R отражает необратимые процессы преобразования электроэнергии в тепло, в механическую энергию и т.д.), характеризуемые активной мощностью Р; и идеальное индуктивное сопротивление xL отражает процессы обмена энергией между источником и электропотребителем, характеризуемые реактивной мощностью QL; U1, U2 – соответственно напряжения в начале ЛЭП и в конце, то есть на зажимах электропотребителя; İл– ток в ЛЭП, равный току потребителя İn в этой цепи.
; (5.2)
; (5.3)
(5.4)
Из приведенной на рис.5.1 векторной диаграммы токов и напряжений видно, что ток электропотребителя отстает по фазе от напряжения на его зажимах на угол φ и может быть представлен в виде суммы двух составляющих: активной İna , совпадающей по фазе с напряжением, и реактивной İnp , направленной по нормали к вектору напряжения.
Наличие реактивной мощности QL, а следовательно и реактивной составляющей тока электропотребителя İnp приводит к снижению коэффициента мощности. Прохождение реактивной составляющей тока электропотребителя по проводам ЛЭП (то есть низкий коэффициент мощности) приводит к дополнительным потерям электроэнергии в ЛЭП и в генераторе, к снижению напряжения на зажимах электропотребителя (за счет увеличения падения напряжения на сопротивлении проводов ЛЭП), к перегрузке ЛЭП. Поэтому повышение коэффициента мощности электропотребителей является важнейшей народнохозяйственной задачей.
Рис.5.1. Схема замещения электропотребителя, подключенного к ЛЭП и векторная диаграмма токов и напряжений
Для повышения коэффициента мощности параллельно с электропотребителем включается батарея конденсаторов (см.рис.5.3). Здесь используется явление резонанса токов. Причем емкость батареи конденсаторов принимается такой, чтобы ее реактивная мощность
, (5.5)
где С, xC – соответственно емкость и емкостное сопротивление батареи конденсаторов;
ω – угловая частота, равная 314 с-1 для частоты 50 Гц была равна реактивной мощности электропотребителя. В этом случае результирующая реактивная мощность
Q = QL – QC = 0, (5.6)
а следовательно из (1.4) и (1.1)
S = P и cosφ = 1 (5.7)
Из схемы и векторной диаграммы на рис.1.2 очевидно, что ток в ЛЭП по первому закону Кирхгофа равен
İл = İn + İc (5.8)
Поскольку ток батареи конденсаторов İл и реактивная составляющая тока электропотребителя İnp равны по модулю и сдвинуты по фазе на 180º, в сумме дают ноль, то ток в ЛЭП будет равен активной составляющей тока электропотребителя.
Рис.5.2. Схема подключения батареи конденсаторов для повышения коэффициента мощности электропотребителя и векторная диаграмма токов и напряжений