Методические указания к лабораторным работам по дисциплине «Электротехника и электроника»

3.Обработка результатов измерений и их анализ

1.По результатам измерений для каждого значения ёмкости и величинам

RK и LK, указанным на схеме, следует вычислить активные, реактивные и полные проводимости и токи:

2. Используя данные табл. 4, построить векторные диаграммы токов и треугольники проводимостей:

- для режима до резонанса токов, например при С = 10-20 мкФ;

- при резонансе токов;

- после резонанса токов (С = 120-130 мкФ).

3. Построить на одном графике зависимости I = f(bС), Ia = f(bС), Ip = f(bС), b = f(bС), cosφ = f(bС). Показать на этих графиках точки, соответствующие резонансу токов. По графику I2 = f(bС) п. 3 следует уточнить значение тока I2,

котoрое при небольшой ёмкости оказывается в «слепой» части шкалы амперметра А2. Записать это значение в табл. 4 рядом с измеренным.

Контрольные вопросы и задания

-Что называется проводимостью цепи?

-Как определяются активная, реактивная и полная проводимости?

-Как определить активную и реактивную составляющие тока?

-Как связаны активная, реактивная и полная мощности цепи с проводимостями?

-Как построить векторную диаграмму цепи?

-Как определить сопротивления цепи через проводимости?

-Как зависят токи I1, I2, cosφ от ёмкости конденсаторов?

-Как зависят проводимости gK, bK, yK от ёмкости цепи?

-Как построить треугольники проводимостей?

11

-Как определить коэффициент мощности через проводимости и сопротивления?

-Какое влияние оказывает ёмкость на коэффициент мощности?

-Как зависят общий ток и его составляющие от ёмкости?

-Каковы условия резонанса токов и его особенности?

-Изменением каких величин можно достичь резонанса токов?

-Как можно повысить коэффициент мощности?

-Как влияет величина ёмкости на активную и реактивную мощности?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Кононенко, В. В. Электротехника и электроника [Текст]: учеб. пособие

/В. В. Кононенко. – Ростов н/Д.: Феникс, 2005. – 752 с.

2.Иванов, И. И. Электротехника [Текст]: учеб. пособие /И.И. Иванов, В.С. Равдоник. – М.: Высш. шк., 1984. – 375 с.

3.Алиев, И. И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию

[Текст]/ И. И. Алиев. - Ростов н/Д.: Феникс, 2004. – 480 с.

Лабораторная работа № 3 Исследование трехфазной цепи с соединением по схеме «звезда»

Цель работы – исследовать соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами в случае симметричной и несимметричной нагрузки, выяснить назначение нулевого провода, измерить активную мощность цепи.

1.Объект и средства исследования

Вкачестве объекта исследования используется панель № 2 с измерительными приборами и резисторами. Между источником питания и панелью № 2 включается измерительный комплект К 505, содержащий амперметр, ваттметр и вольтметр, измеряющие соответственно ток, мощность и напряжение фазы. Фазное напряжение измеряется также цифровым вольтметром В7-22 А.

12

2.Последовательность выполнения работы

1.Собрать схему, изображенную на рис. 3.

К505

150 Ом 100 Ом 100 Ом

А А А

В В А С С А

Рис 3. Соединение трехфазной цепи по схеме «звезда»

2.Создать симметричный режим работы фаз, добиваясь изменением переменных сопротивлений равенства фазных токов. Убедиться в отсутствии нулевого тока. Отключить нулевой провод и записать показания приборов в табл. 5.

3.ВНИМАНИЕ! Фазные токи измерять с помощью более точного амперметра измерительного комплекта К-505, ток нулевого провода измерять с помощью амперметра, установленного на панели стенда. Мощность фаз измерять с помощью ваттметра комплекта К-505. Фазные и линейные напряжения измерять с помощью цифрового вольтметра В7-22 А. Для измерения параметров каждой из фаз необходимо поставить переключатель В3

комплекта К-505 в положение А, В или С.

Переключатель В1 комплекта К-505 позволяет выбирать предел

Цена деления ваттметра определяется по таблице, нанесенной на панели комплекта.

13

Для измерения напряжения цифровым вольтметром В7-22 А необходимо нажать кнопку V, предел измерения 2000, а измерительные провода подключать к первому и третьему гнезду слева.

Так как модули всех линейных напряжений равны между собой и модули всех фазных напряжений источника также равны между собой, достаточно измерить по одному значению, например UAB и UA. Линейное напряжение замеряется между любыми двумя фазами на источнике напряжения, например

UAB - между фазами А и В, фазные же напряжения замеряются между любой фазой и нулевой точкой.

4.При отключенном нулевом проводе установить несимметричный режим с помощью переменного резистора фазы (А, В или С). Записать показания приборов для трех положений резистора.

5.При отключенном нейтральном проводе установить холостой ход

(обрыв) одной из фаз (А, В или С по указанию преподавателя) путем отключения фазы кнопочным выключателем. Записать показания приборов.

6. Восстановить симметричный режим работы фаз. Осуществить опыт короткого замыкания фазы С с помощью выключателя в нулевом проводе.

Для измерения тока в линейном проводе «С» с помощью измерительного комплекта К-505 необходимо переключатель В3 комплекта установить в положение С. При этом использовать предел измерения по току 2,5 А. При измерении фазных напряжений приемника и напряжения смещения нейтрали в этом опыте в качестве нейтральной точки приемника О1 рекомендуется использовать точку С, так как они соединены между собой.

Записать показания приборов в таблицу (прибор, включенный в нулевой провод с пределом измерения 1 А, необходимо заменить на прибор с пределом измерения 5 А, который находится рядом на панели).

7. Расшунтировать амперметр в цепи нулевого провода. Создать несимметричный режим работы фаз c нулевым проводом.

Записать показания приборов в табл. 5.

14

3.Обработка результатов измерений и их анализ

1.По данным табл. 5 построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов:

-симметричной нагрузки;

-одного случая несимметричной нагрузки;

-холостого хода (обрыва) фазы;

-короткого замыкания фазы «С»;

-несимметричной нагрузки с нулевым проводом.

2.Вычислить мощность одной из фаз как произведение квадрата тока на сопротивление и сопоставить с показанием ваттметра при симметричном режиме работы фаз.

3.Уяснить назначение нулевого провода. Положение нулевой точки приемника на векторной диаграмме следует определять методом засечек.

Контрольные вопросы и задания

-Назовите отличительные признаки симметричной системы напряжений.

-Что такое симметричная и несимметричная нагрузки?

-Каково соотношение фазных и линейных напряжений при симметричной и несимметричной нагрузке в системе без нулевого провода?

-Что такое зависимый режим работы фаз и почему он нежелателен?

-Как создать независимый режим работы фаз?

15

-Поясните назначение нулевого провода.

-Как рассчитать нулевое напряжение?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1.Кононенко, В. В. Электротехника и электроника [Текст]: учеб. пособие

/В. В. Кононенко. – Ростов н/Д.: Феникс, 2005. – 752 с.

2.Иванов, И. И. Электротехника [Текст]: учеб. пособие /И.И. Иванов, В.С. Равдоник. – М.: Высш. шк., 1984. – 375 с.

3.Алиев, И. И. Справочник по электротехнике и электрооборудованию

[Текст]/ И. И. Алиев. - Ростов н/Д.: Феникс, 2004. – 480 с.

Лабораторная работа № 4 Исследования однофазного трансформатора

Цель работы - изучение эксплуатационных свойств однофазного трансформатора путем исследования режима нагруженного трансформатора, проведения опытов холостого хода и короткого замыкания.

1. Оборудование и приборы

Исследуется однофазный понижающий трансформатор. Его номинальные данные: Sн = 160 В∙А, U1н = 220 В, U2н = 127 В.

Лабораторная работа проводится c использованием блока однофазного трансформатора ЭВ4сб 6, измерительного комплекта К-505, размещенных на столе секции электрических цепей, двух цифровых вольтамперметров типа В7-

З8 (на панели № 8). В качестве нагрузки используются резисторы, установленные на панели № 2.

2.Порядок выполнения работы

1.Изучить устройство и принцип работы однофазного трансформатора. Записать паспортные данные исследуемого трансформатора и электроизмерительных приборов.

16

Рассчитать номинальные значения токов 1н и 2н, используя паспортные данные трансформатора: Sн, U1н, U2н.

2. Исследовать трансформатор в режиме холостого хода:

U1 = U1н; I2 = 0. При этом напряжение на вторичной обмотке трансформатора равно Е2 (U2 = Е2), а ток в первичной обмотке I1 = I10.

Собирается схема, изображенная на рис. 4

Рис. 4. Схема для проведения опыта холостого хода

Результаты измерений записать в табл. 6. Для уменьшения погрешностей при снятии показаний приборов в первичной цепи трансформатора следует временно отключить вольтметр во вторичной обмотке.

Таблица 6

Измеренные и рассчитанные значения

Опыт холостого хода позволяет определить потери мощности стали, так как электрические потери незначительны по сравнению с магнитными потерями, поэтому считается, что Р10 Рст и параметры ветви намагничивания,

используемые для построения схемы замещения трансформатора: R0, Х0, Z0.

3. Расчетные формулы к опыту холостого хода трансформатора:

4. Исследовать трансформатор в режиме короткого замыкания:

17

U2 = 0; I1 = I1н; I2 = I2н.

При выполнении опыта короткого замыкания напряжение на первичной обмотке постепенно повышается от 0 до значения U1к, при котором I1к = I1н.

Собирается схема, изображенная на рис. 5, а. Результаты измерений заносятся в табл. 7.

Рис. 5. Схема для проведения опыта короткого замыкания

Малому значению напряжения на первичной обмотке трансформатора соответствует незначительный поток в сердечнике. Следовательно, в опыте короткого замыкания магнитные потери малы по сравнению с электрическими потерями. Поэтому мощность, измеряемая в опыте короткого замыкания,

практически равна мощности электрических потерь при номинальном режиме трансформатора Р1к ≈ Рэл.

5. Расчётные формулы к опыту короткого замыкания трансформатора:

где Zk, Rk, Xk - сопротивления, используемые для построения упрощенной схемы замещения трансформатора;

18

где Uак, Uрк - активная и реактивная составляющие напряжения короткого замыкания.

Напряжение короткого замыкания является величиной, важной для практики, так как она позволяет определить изменение вторичного напряжения трансформатора при нагрузке.

6. Исследовать работу трансформатора под нагрузкой. Для этого собрать схему, изображенную на рис. 5, б. В качестве нагрузки берутся переменные сопротивления по 150 Ом (3 шт.) и одно постоянное на 100 Ом (берется крайнее справа на панели № 2).

Результаты измерений заносятся в табл. 8 (не менее 5 – 7 опытов).

При выполнении опыта на входе трансформатора устанавливается напряжение U1 = U1н. Постоянно изменяя нагрузку, увеличивают ток I1 до значения I1 = 1,2I1н.

Это выполняется поочередным выводом всех переменных сопротивлений по 150 Ом. Последний опыт проводится при одном сопротивлении R = 100 Ом, причем оно должно быть включено только на время снятия показаний прибора (не более 3-х минут!)

Таблица 8

Измеренные и рассчитанные значения

7. Расчетные формулы для нагруженного трансформатора:

3.Обработка результатов измерений и их анализ

1.Построить схемы замещения трансформатора.

2. Построить зависимости: U2 = ( ); э = ( ); pac. = ( ); cos 1 = ( ).

19

данные опыта холостого хода. Объяснить ход кривых.

3.Построить векторную диаграмму для опыта холостого хода.

4.Построить векторную диаграмму, соответствующую упрощенной схеме замещения приведенного трансформатора при режиме короткого замыкания.

5.Определить коэффициент нагрузки макс, соответствующий максимальному значению кпд трансформатора

Контрольные вопросы и задания

-Объяснить устройство и принцип действия однофазного трансформатора.

-Как зависит величина магнитного потока в сердечнике от напряжения на первичной обмотке?

-Как изменяется ток в первичной обмотке при увеличении тока во вторичной обмотке?

-Как и для чего проводится опыт холостого хода трансформатора?

-Как и для чего проводится опыт короткого замыкания трансформатора?

-Почему форма тока в первичной обмотке отличается от синусоидальной?

-Какое влияние оказывает род нагрузки на вид внешней характеристики трансформатора?

-Какие потери относятся к постоянным, а какие к переменным?

-КПД трансформатора. Зависимость кпд от коэффициента нагрузки.

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Кононенко, В. В. Электротехника и электроника [Текст]: учеб. пособие/

В. В. Кононенко. – Ростов н/Д.: Феникс, 2005. – 752 с.

20