Исследование передачи энергии по линии постоянного тока

Цель работы - выяснить зависимость КПД ( ) и потери напряжения в линии ( ) от напряжения источника при постоянной передаваемой мощности, а также распределение напряжений вдоль линии при различном расположении приемников.

Программа работы

1. Измерить распределение напряжения вдоль линии передачи и токи нагрузки при питании двух одинаковых приемников Ом), расположенных относительно источника ( В) (задается преподавателем) (рис. 3.2 лаб.работы №3) следующим образом:

а) один приемник ( подключен в конце линии (точки 7-7^’), а другой ( - к началу линии (1-1^’);

б) первый приемник в конце линии, второй - в середине линии (точки 4 - 4^’);

в) оба приемника находятся в конце линии.

2. По данным п.1 построить графики распределения напряжения вдоль линии для всех схем. Вычислить и сравнить КПД линии и относительные потери напряжения для обоих приемников, сделать выводы.

3. Взяв за основу опыт из п. 1,а для приемника в конце линии (приемник отключить), использовать его данные для следующего опыта:

- повысить напряжение на генераторном конце вдвое ( ), а ток линии уменьшить в два раза, изменив сопротивление приемника (при этом мощность, передаваемая от источника, останется неизменной ( ; измерить напряжения, вычислить и .

Построить совмещенные графики показать на них и , сделать выводы.

4. Вывести аналитические формулы зависимостей относительной потери напряжения и КПД линии от кратности повышения напряжения и

при одинаковой передаваемой мощности.

Пояснения к работе

В чистом виде передача энергии постоянным током встречается на практике сравнительно редко и относится к низковольтным системам энергоснабжения (например, автомобили, электросварки), а осуществляется в основном трехфазным синусоидальным током, т.к. в таких системах легко получать энергию с различными уровнями напряжений и токов.

С помощью трансформаторов можно иметь низковольтную энергию при больших токах, либо высоковольтную при малых токах. Передавать энергию на большие расстояния выгодно при очень высоких напряжениях, а использовать - при малых по соображениям безопасности людей и оборудования.

Теоретическими исследованиями установлено, что при сверхвысоких напряжениях (0,75 1,5)МВ, передача энергии постоянным током имеет экономические преимущества.

Существующие линии электропередачи (ЛЭП) постоянного тока работают на сверхвысоких напряжениях и являются элементами гибридной системы, в которой на генераторном и приемном концах линии находятся устройства переменного тока. В таких системах помимо повышающих и понижающих трансформаторов используются другие преобразователи энергии - выпрямители (переход от переменного напряжения к постоянному) и инверторы (обратный переход).

В данной лабораторной работе используется модель в виде простейшей цепи постоянного тока, позволяющая, тем не менее, уяснить основную суть передачи энергии.

К п.1.

Собрать схему модели «генератор-линия-приемник», установить напряжение источника u₁=20 В, подобрать два одинаковых приемника (реостата) r₂=r₃=30 Ом;

а) установить приемник r₂ в конце линии (точки 7-7’), а приемник r₃ в начале линии (точки 1-1’). Измерить токи i₂ и i₃, а также распределение напряжения вдоль линии передачи (от 1-1’ до 7-7’) и данные записать в табл.1.

Покажем на примере, приближенном к рассматриваемой моделе линии, все необходимые расчеты.

При сопротивлении линии r_л=20 Ом значения токов и напряжений равны: i₃=u₁/r₃=0.67 A; i₂=u₁/(r_л+r₂)= 0.4 A; u_1-1’= 20 B; u_2-2’=20-i₂*r_л*1/6=18,7 В;

u_3-3’=20-i₂*r_л*2/6=17,3 В и т.д. u_7-7’=i₂*r₂=12 B.

б) приемник r₂ в конце линии (точки 7-7’), а приемник r₃ в середине линии (точки 4-4’). Измерить токи i₂ и i₃, а также распределение напряжения вдоль линии передачи (от 1-1’ до 7-7’) и данные записать в табл.1.

Расчетные значения токов и напряжений:

i₁=u₁/r_э r_э=r_л/2+(r₂+r_л/2)*r₃)/(r₂ +r_л/2+r₃)=27.1 Ом i₁=0.738 A.

u_2-2’=20-i₁*r_л*1 /6=17.5 В;…u_4-4’=20-i₁*r_л*3/6=12.62B;i₂=u_4-4’/(r_л/2+r₂)=0.316A i3=u_4-4' /r₃=0.421 A; u_5-5’=u_4-4’-i₂*r_л*1 /6=11.55 B; … u_7-7’=i₂*r₂=9.48 В.

в) приемники r₂ и r₃ в конце линии (точки 7-7’). Измерить токи i₂ и i₃, а также распределение напряжения вдоль линии передачи (от 1-1’ до 7-7’) и данные записать в табл.1.

Расчетные значения токов и напряжений:

i₁=u₁/r_э r_э=r_л+(r₂*r₃)/(r₂+r₃)=35 Ом i₁=0.571 A i₂=i₃=i₁/2=0.286 A;

u_2-2’=20-i₁*r_л*1 /6=18,1 В;…u_4-4’=20-i₁*r_л*3/6=14,3 B; … u_7-7’=i₂*r₂=8,6 В.

Таблица 1

Пункт	i2 , A	i3 , A	Напряжение U, В
			1-1’	2-2’	3-3’	4-4’	5-5’	6-6’	7-7’
а)	0.4	0.67	20	18,7	17,3	16,0	14,7	13,4	12,0
б)	0.316	0.42	20	17.5	15.0	12.6	11.55	10.5	9.48
в)	0,286	0,286	20	18,1	16,2	14,3	12,4	10,5	8,6

К п.2.

Согласно измеренным и расчетным данным постройте зависимости u(r) для пунктов а), б) и в) (рис. 3.1.), где r – это отрезки линии 1-2, 2-3, … 6-7.

Рис.3.1. Ряд1, Ряд2, Ряд3 – пункты а), б), в), соответственно.