Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Теоретические основы электротехники. Часть 2. Лабораторный практикум
.pdf
№ 3106
ФЕДЕРАЛЬНОЕ ГОСУДАРСТВЕННОЕ АВТОНОМНОЕ ОБРАЗОВАТЕЛЬНОЕ УЧРЕЖДЕНИЕ
ИНСТИТУТ ИНФОРМАЦИОННЫХ ТЕХНОЛОГИЙ И АВТОМАТИЗИРОВАННЫХ СИСТЕМ
Кафедра электротехники
и информационно-измерительных систем
МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ РФ
ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ «НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ
ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ «МИСиС»
УПРАВЛЕНИЯ
О.Л. Дудченко
Г.Б.Федоров
Теоретические основы
электротехники
Лабораторный практикум (часть 2)
Рекомендовано редакционно-издательским
советом университета
Москва 2017
УДК 621.3
Д81
Рецензент
д-р техн. наук, проф. Ф.С. Вознесенский
Дудченко О.Л.
Д81 Теоретические основы электротехники: лаб. практикум
(часть 2) / О.Л. Дудченко, Г.Б. Федоров. – М. : Изд. Дом НИТУ
«МИСиС», 2017. – 78 с.
Лабораторные работы по второй части ТОЭ выполняются в 5-м семестре и имеют своей целью глубокое усвоение важных для понимания разделов курся: «Трехфазные электрические цепи», «Переходные процессы
в линейных электрических цепях» и «Нелинейные электрические цепи.
В работе представлены основные положения теории и методика выполнения физического эксперимента. К защите каждой работы приведены тестовые задачи и вопросы.
Практикум по ТОЭ предназначен для студентов направления 21.05.04
«Горное дело» cпециализации «Электрификация и автоматизация горного
производства».
УДК 621.3
О.Л. Дудченко
©
Г.Б.Федоров, 2017
НИТУ «МИСиС», 2017
©
СОДЕРЖАНИЕ
Лабораторная работа 1. ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ .............................................................................. 4
Лабораторная работа 2. ПЕРЕХОДНЫЕ ПРОЦЕССЫ
В НЕРАЗВЕТВЛЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ
С ИСТОЧНИКОМ ПОСТОЯННОГО НАПРЯЖЕНИЯ ................................. 19
Лабораторная работа 3. ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОСТЕЙШИХ
ДИФФЕРЕНЦИРУЮЩИХ И ИНТЕГРИРУЮЩИХ RC-ЦЕПЕЙ ................ 34
Лабораторная работа 4. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА ................................. 47
Лабораторная работа 5. ИССЛЕДОВАНИЕ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ. СОДЕРЖАЩИХ ДИОДЫ .............................. 53
Лабораторная работа 6. ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНОЙ
ФЕРРОРЕЗОНАНСНОЙ ЦЕПИ ...................................................................... 61
Лабораторная работа 7. ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГАРМОНИЧЕСКИХ
СОСТАВЛЯЮЩИХ ПЕРИОДИЧЕСКОГО
НЕСИНУСОИДАЛЬНОГО НАПРЯЖЕНИЯ ................................................. 69
3
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНЫХ
ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ЦЕПЕЙ
Цель работы: исследование режимов работы трехфазных цепей
переменного тока при различных способах соединения симметричных и несимметричных нагрузок. Построение векторных диаграмм
токов и напряжений в трехфазных цепях.
Краткие теоретические сведения
Трехфазные цепи переменного тока являются основным источником электрической энергии в электрических сетях промышленного и
коммунального назначения. Трехфазная ЭДС вырабатывается в
трехфазных синхронных генераторах и представляется тремя ЭДС с
равной амплитудой и фазовым сдвигом:
eE t=ω
Am
eE t=ω−°
Bm
eE t=ω+°
Cm
sin ;
sin( 120 );
sin( 120 );
На рис. 1.1 показаны временные диаграммы трехфазных ЭДС. На
рис. 1.2 показана векторная диаграмма комплексных действующих
ЭДС в трехфазной цепи.
Рис 1.1. Временные диаграммы Рис 1.2. Векторная диаграмма
трехфазной системы ЭДС
Применяют несколько способов соединения трехфазного источника ЭДС с нагрузками.
Соединение источника и нагрузки по схеме «звезда – звезда».
Принципиальная схема трехфазной цепи (без нулевого провода), у
которой источник и нагрузка соединены в звезду (рис. 1.3):
4
B
Рис. 1.3
На схеме UФА, UФB, UФС – комплексы фазных напряжений источников; U
напряжения смещения нейтрали; Z
, UВ, UС – комплексы фазных напряжений, UN – комплекс
А
, ZB, ZC – комплексы сопротивле-
A
ний нагрузки. В симметричном трехфазном источнике три фазных
напряжения U
ФА,
U
ФВ, UФС
(напряжения между проводами линии и
нейтральной точкой источника N) имеют одинаковые действующие
значения и смещены друг относительно друга по фазе на 120°. Поэтому их можно представить в виде:
UaU
ΦΦ
= a2 × U
U
ФС
2
=
= a × UФА,
ФВ
;
A
где а – фазный множитель.
0
120
j
ae j
==−+
13
;
22
0
2240
j
ae j
==−−
13
22
.
Линейные напряжения U
U
U
U
AB,UВС,UCA
= UФА – UФB = UA – UB;
AB
= UФB – UФС = UB – UC;
BC
= UФС – UФА = UC – UА.
CA
(напряжения между линиями):
5
Модули фазных и линейных напряжений
А
А
UUUU
===
АВС
ΦΦΦΦ
UUUU===
ВВССАЛ
;
связаны при соединении трехфазного источника звездой соотношением:
Л
=
3.
Φ
UU
Топографическая диаграмма напряжения симметричного трех-
фазного источника изображена на рис. 1.4.
Рис. 1.4
При несимметричной нагрузке ZА ≠ ZB ≠ ZC токи в ней могут быть
определены при помощи законов Кирхгофа:
UU
−
I
I
I
Φ
=
A
UU
Φ
=
B
UU
Φ
=
C
N
Z
BN
Z
С N
Z
;
А
−
−
;
N
.
C
Так как сумма этих трех токов должна быть равна нулю, то при
= UФ получим
U
ФА
6
111
А
Z
2
aa
++
ZZ
Величина U
UU
=
Φ
N
111
ZZZ
(напряжение между точками N и N') называется
N
BC
++
АВC
.
смещением нейтрали.
Топографическая диаграмма напряжений смещения симметричной
трехфазной системы с несимметричной нагрузкой показана на рис. 1.5.
Рис. 1.5
При ZА = ZВ = ZC напряжение смещения нейтрали равно нулю
U
= 0. Принципиальная схема трехфазной цепи с нулевым проводом
N
показана на рис. 1.6.
Рис. 1.6
7
Для схемы с нулевым проводом как при симметричной нагрузке
A
Z
= ZВ = ZC так и при несимметричной нагрузке ZА ≠ ZB ≠ ZC напря-
А
жение смещения нейтрали U
равны фазным напряжениям источника, т.е. U
U
= UC.
ФС
= 0, а фазные напряжения нагрузки
N
= UA; UФB = UB;
ФА
Соединение источника и нагрузки по схеме «звезда – треуголь-
ник» (рис. 1.7).
Рис. 1.7
В этой цепи сопротивления нагрузки находятся под линейным напряжением. Поэтому при любой нагрузке (симметричной и несимметричной) токи в ней могут быть определены из закона Ома.
III
Линейные токи I
U
AB
===
AB BC CA
, IB, IС (токи в проводах линии определяются из
А
;;.
ZZZ
BBCCA
UU
BC CA
первого закона Кирхгофа)
= IAB – IСА; IB = I
I
А
– IАВ; IC = ICA – IBC.
BC
Модули фазных и линейных токов
IIII
===
AB BC CA
IIII===
ABCЛ
;
Φ
при соединении симметричной нагрузки треугольником связаны отношением
8
II
3.
=
Л
Φ
Мощность трехфазной цепи
A
P
ϕ
ϕ
Активная мощность трехфазной цепи равна сумме мощностей отдельных фаз
P = P
+ PB + PC.
A
Аналогично реактивная мощность трехфазной цепи равна алгебраической сумме реактивных мощностей отдельных фаз:
Q = Q
+ QB + QC,
A
поэтому полная мощность или кажущаяся мощность трехфазной цепи может быть определена как
22
.SPS=+
И коэффициент мощности
PP
P
ϕ= =
cos .
SSSS
++
ABC
++
BC
Независимая от схемы соединения нагрузки (звезда или треугольник) активная мощность симметричной трехфазной цепи, выраженная через линейные токи и линейные напряжения, определяется
формулой
3cos.
PUI=
ЛЛ
Аналогично реактивная мощность симметричной трехфазной цепи
3sin.
QUI=
ЛЛ
Активная мощность в трехфазной трехпроводной цепи измеряется
двумя ваттметрами. При этом возможны три схемы включения ваттметров. Одна из них показана на рис. 1.8.
Рис. 1.8
9
Активная мощность цепи равна алгебраической сумме показаний
отдельных ваттметров, т.е.
P = P
+ PW2.
W1
Симметричные составляющие несимметричных
трехфазных напряжений и токов
Любую систему из трех несимметричных напряжений U
(или токов I
, IB, IC) можно представить как сумму:
A
, UB, UC
A
I. Системы трех симметричных напряжений с таким же порядком
чередования фаз, как и в рассматриваемой несимметричной системе
(«основная» система или система «прямой последовательности»):
U
; U1B = a2U1A; U1C = aU
1A
1A
II. Системы трех симметричных напряжений с противоположным
порядком чередования фаз («дополнительная система» или система
«обратной последовательности»):
; U2B = aU2A; U2C = a2U2A.
U
2A
III. Системы трех одинаковых, совпадающих по фазе напряжений
(«нулевой последовательности»):
= UOB = UOC.
U
OA
Симметричные составляющие напряжений показаны на рис. 1.9.
Таким образом, принимают
10
Рис 1.9
= U1A + U2A + UOA;
U
A
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]