Лабораторная работа №2 Исследование режимов работы линии передачи постоянного тока с помощью схемы замещения.

Цель работы. Изучение энергетического процесса и распределение напряжений в схеме замещения двухпроводной линии постоянного тока при изменении ее нагрузки от холостого хода (Rн = ∞) до короткого замыкания (Rн=0) при постоянном напряжении U1, в начале линии.

Основные теоретические сведения.

Всякий потребитель электрической энергии получает энергию от генератора по воздушной или кабельной линии передачи, выполненной из металлического (медного, алюминиевого или стального) провода и обладающей большим или меньшим сопротивлением. Это сопротивление обуславливает падение напряжения и потерю мощности в линии.

При изменении нагрузки линии (тока потребителя) падение напряжения и потеря мощности в линии изменяются, что сказывается на работе потребителя.

Для теоретического и экспериментального изучения процессов в двухпроводной линии постоянного тока пользуются схемой замещения, изображенной на рис. 2-1.

Рис. 2-1. Схема замещения линии передачи энергии.

На схеме приняты следующие обозначения:

Rп – сопротивление линии передачи;

Rн – сопротивление потребителя, которое может меняться от 0 до ∞

U

I – ток в линии передачи и у потребителя.

Rл + Rн

I = ———— ; (2.1)

U1 – напряжение в начале линии;

U2 – напряжение в конце линии у потребителя.

Падение напряжения в линии определяется соотношением:

∆U = U1 – U2 = Rл I, (2.2)

∆U

о

I

ткудаRл=— (2.3)

Энергетический процесс в схеме характеризуется соотношением мощностей:

Р1 – мощность, получаемая линией от генератора;

P1 = U1 I = (Rл + Rн) I² (2.4)

Р2 – мощность, отдаваемая линией потребителю;

Р2 = U2 I = Rн I² (2.5)

∆P – потеря мощности в линии

∆P = Rл I² (2.6)

К

P2

оэффициент полезного действия линии η может быть определен из соотношения:

P1

η = — * 100% (2.7)

Д

Rн I²*100%

Rн* 100%

ля определения к.п.д. линии передачи энергии в предельных режимах работы (режимы холостого хода и короткого замыкания) удобнее пользоваться формулой, которую можно получить воспользовавшись выше приведенными соотношениями (2.4), (2.5), (2.7).

P2

1

P1

(Rп + Rн) I²

Rп + Rн

Rп

Rн

η = — * 100% = ————— = ———— = ———— * 100% (2.8)

+ 1

Основными режимами работы электрической цепи являются: номинальный режим; режим холостого хода; режим короткого замыкания; согласованный режим.

Номинальным режимом называют такой режим, для которого рассчитан источник электрической энергии или электроприемник. Номинальный режим работы определяют номинальное напряжение, номинальный ток, номинальная мощность (Uн, Iн, Rн).

Шкала номинальных напряжений устанавливается общесоюзными государственными стандартами. Ограничение числа номинальных напряжений диктуется как техническими ,так и экономическими соображениями. Номинальное напряжение Uн влияет на выбор необходимой электрической изоляции и на конструктивное выполнение элементов электрических установок.

Значение номинальных токов Iн электрических генераторов и электроприемников лимитируется предельно допустимыми температурами нагрева этих устройств.

Номинальная мощность Рн для электрического генератора – это наибольшая полезная мощность, которую он в нормальных (номинальных) условиях работы может отдавать во внешнюю цепь. Номинальная мощность для электродвигателей – это наибольшая полезная мощность на валу, которую двигатель способен длительно развивать при нормальных условиях работы. Для остальных приемников (ламп, электронагревательных устройств и др.) номинальная мощность – это электрическая мощность, которую они потребляют при нормальном режиме работы.

Режим холостого хода источника – это режим, при котором ток в нем равен нулю. Для практического осуществления режима холостого хода достаточно отключить один из проводов, при помощи которого источник присоединен к цепи (рис. 2-2).

В режиме холостого хода, т.е. при разомкнутой внешней цепи, ее сопротивление практически равно бесконечности (Rн = ∞). Напряжение на внешних зажимах источника в режиме холостого хода Uх будет наибольшим и равным э.д.с. источника: Uх = Е. Следовательно, э.д.с. источника можно измерить вольтметром, подключенным к его разомкнутым внешним зажимам.

Рис. 2-2. Режим холостого хода Рис. 2-3. Режим короткого замыкания

источника. источника.

Режим короткого замыкания характеризуется тем, что напряжение на короткозамкнутом участке равно нулю (рис. 2-3), сопротивление на этом участке также равно нулю. Ток на короткозамкнутом участке Iк будет наибольшим, во много раз превышающим номинальное значение тока Iн, поэтому представляет опасность.

Согласованным режимом называют режим, при котором сопротивление внутренней цепи равно сопротивлению внешней, источник отдает на внешнюю цепь наибольшую мощность. Ток при согласованном режиме Iс.р. равен половине тока короткого замыкания:

Iк

2

Iс.р. = —

Перечень оборудования:

1. Источник питания.

2. Резисторы: R2 ≈ 24 Ом, Rр = 0 ÷ 100 Ом.

3. Измерительные приборы: амперметр и вольтметр.

Содержание работы.

Исследовать режимы работы простейшей электрической цепи: номинальный режим, режим холостого хода, режим короткого замыкания, согласованный режим.

Порядок выполнения работы.

1. Собрать схему для исследования линии передачи энергии (рис. 2-4).

Рис. 2-4. Схема исследования режимов работы.

В качестве сопротивления линии Rл используется резистор R2, в качестве потребителя – резистор Rр.

Н

U1

аибольший возможный ток будет при коротком замыкании в конце линии приR_P = 0 (ключ В₁ замкнут). В этом режиме он равен:

Rл

Iк = —

2. Включив схему под напряжение (показаний приборов не записывать), определить диапазон изменения тока от минимальной нагрузки до короткого замыкания.

3. Изменяя сопротивление резистора Rp, выполняющего роль потребителя, снять показания для 5-6 точек, соответствующих различным нагрузкам от холостого хода до короткого замыкания, и занести их в таблицу 1. Выделить точки, соответствующие режимам х.х., к.з., с.р., н.р.

Таблица 1.

№ п.п.	Режимы работы	Данные измерений			Данные вычислений
		I, А	U1, В	U2, В	Р1, Вт	Р2, Вт	Rл, Ом	Rр, Ом	η, %
1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1. 2. 3. 4. 5. 6. …	х.х. к.з. с.р. н.р. п.р. п.р. …….

4. По ранее приведенным формулам вычислить для всех режимов Р1, Р2, Rл, Rр, η.

5. По данным таблицы построить на одном графике кривые зависимости U2(I), P1(I), P2(I), ΔU(I), η(I).

Примечание: Вольтметр, измеряющий напряжение U2, должен быть включен до ключа В1.

Содержание отчета.

Отчет должен содержать:

1. Краткое изложение цели работы.

2. Электрическую схему эксперимента.

3. Таблицу с паспортными данными используемых приборов.

4. Результаты измерений и расчетов в виде таблицы.

5. Расчетные формулы.

6. Вывод по работе.

Контрольные вопросы.

1. При каких условиях в цепи возникает согласованный режим?

2. При каких условиях в цепи возникает режим короткого замыкания?

3. При каких условиях в цепи возникает согласованный режим?

4. Какой режим работы электрической цепи называют нормальным?

5. Как определяются P1, P2, η?

6. Как определить э.д.с. Е генератора экспериментальным путем?

Литература.

1. Электротехника./Под ред. В.С.Пантюшина.- М.:Высшая школа,1976, гл.2, стр. 25-26, стр. 29-31.

2. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника.- М.:Энергоатомиздат,1983, гл.1, стр.37-39.

3. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи.- М.:Высшая школа, 1984, §1.28.