Лабораторная работа № 2 Передача электрической энергии по линии постоянного тока

Цель работы: изучение основных свойств линии электропередачи постоянного тока посредством исследования эквивалентной электрической цепи (модели).

Программа работы

1. Собрать схему экспериментальной установки, эквивалентной передаче энергии от генератора к потребителю (рис. 2.1). В этой схеме

Рис. 2.1

ГН – генератор стабилизированного напряжения;

R_л, R_н – сопротивления линии передачи и нагрузки;

рV_1, рV₂, рА - измерительные приборы

2. Изменяя сопротивление нагрузки от R_н = 0 (режим короткого замыкания) до R_н = ∞ (режим холостого хода), получить 10 значений тока и напряжений на генераторе U₁ и потребителе U₂.

3. Вычислить: мощность генератора P₁; мощность, потребляемую нагрузкой Р₂, потери мощности ΔP и напряжения ΔU в линии электропередачи, сопротивления линии передачи R_л и нагрузки R_н, кпд (η) линии электропередачи.

Значения измеряемых и расчетных величин занести в таблицу 2.1.

Таблица 2.1

№ опыта	Измерено			Рассчитано
	U1	U2	I	Р1	Р2	ΔР	Δ U	Rл	Rн	η
	В	В	А	Вт	Вт	Вт	В	Ом	Ом	-
1
2
.
.
9
10

4. Построить зависимости: U₁ = f (I), U₂ = f (I), ΔU = f (I), P₁ = f (I), P₂ = f (I), ΔP = f (I), η = f (I) и определить по ним величину максимально возможной передаваемой мощности Р₂ и соответствующие ей значения U₂ и η.

Теоретические положения

При передаче энергии от генератора к потребителю по линии электропередачи их сопротивления включены последовательно (делитель напряжения). Не учитывая внутреннее сопротивление генератора, его напряжение определится как:

U₁ = U₂ + ΔU,

откуда потери напряжения в линии передачи будет:

ΔU = U₁ – U₂ = I · R_л. (2.1)

Ток, проходящий по линии передачи, нагревает провода (закон Джоуля-Ленца), в результате чего часть мощности генератора теряется (потери мощности в линии передаче – ΔP):

ΔP = P₁ – P₂ = I ² · R_л , (2.2)

где P₁ = U₁ · I – мощность, вырабатываемая генератором;

P₂ = U₂ · I – мощность потребителя.

Потери напряжения и мощности в линии электропередачи нежелательны, но неизбежны. Они определяют экономичность передачи энергии, кпд линии электропередачи:

При изменении нагрузки от режима холостого хода (I = 0) до короткого замыкания ( ) изменяются все параметры линии электропередачи. При стабилизированном напряжении генератора U₁ = const и неизменном сопротивлении линии передачи параметры P₁, U₂, ΔU, η изменяются в функции тока по линейным зависимостям:

P₁ = U₁ · I,

U₂ = U₁ – ΔU = U₁ – R_л · I,

ΔU = R_л · I,

. (2.3)

Потери мощности в линии передачи находятся в квадратичной зависимости от тока (2.2).

Что касается мощности, затрачиваемой в потребителе энергии, то она определяется уравнением второго порядка:

Изменяясь от нуля при I = 0 (холостой ход) до нуля при R_н = 0 (режим короткого замыкания) имеет один экстремум.

Условие передачи потребителю максимальной мощности получим, приравняв к нулю, первую производную мощности по сопротивлению нагрузки:

Откуда следует, что максимум передаваемой мощности будет при R_н = R_л.