Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехнический практикум. Ч.2. Учебно-методическое пособие
.pdf
U
вх
R
Н
V
V
0
R Д
1
Д
2
Д
3
С
1
С
3
С
2
Тр
Rл V1 V2 A
R1
В2 Д
1
~ 220В
ЛАТР
C
Рис. 7.10. Вариант схемы утроения напряжения
ПРАКТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ
З а д а н и е I. Исследование работы однополупериодного вы-
прямителя
1) Собрать схему, изображенную на рисунке 7.11.
Приборы и компоненты: амперметр с пределами измерений 0.25–
1 А, вольтметры V1 и V2 с пределами измерений 75–600 В, магазин
конденсаторов, диод (вентиль) Д1, R1 = 100 Ом — резистор, выполняющий роль внутреннего сопротивления вентиля, RЛ (Rн) — нагрузка
(ламповый реостат).
Примечание. Для того чтобы выключить из схемы элемент C,
необходимо выключить все тумблеры переменного конденсатора.
Рис. 7.11. Рабочая схема для выполнения задания I
41
2) Замкнуть ключ В1.
3) При Rн = ∞ и С = 0, с помощью ЛАТРа подать напряжение на
схему примерно 100 В и поддерживать его неизменным в течение
всего эксперимента.
4) Включая лампы нагрузки (от 1 до 15 последовательно), изме-
рить U2 = U
прямителя (U
и Iн, то есть получить нагрузочную характеристику вы-
вых
= Uн = f(Iн)).
вых
5) Определить внутреннее сопротивление выпрямителя.
6) Определить U
на диоде.
обр
7) Разомкнуть ключ B1 и вновь проделать пункты 3–6 данного за-
дания.
8) Привести схему в состояние согласно п. 2.
9) Включить в качестве нагрузки одну лампу, снять зависимость
выходного напряжения Uн от емкости (значение величины емкости
изменять от 5 до 30 мкФ с шагом 5 мкФ).
10) Снять зависимость Uн = f(Iн) при С = 30 мкФ.
11) Рассчитать мощность, выделяемую на нагрузке.
12) На одном и том же графике построить зависимости Uн = f(Iн),
полученные в пп. 4, 9, 10; P= f(Iн).
13) На одном и том же графике построить зависимости Uн = f(C)
и Iн = f(C) для п. 9.
З а д а н и е II. Исследование работы двухполупериодного вы-
прямителя
1) Собрать схему, изображенную на рисунке 7.12.
Приборы и компоненты: амперметр с пределами измерений 0.25–
1 А; вольтметр с пределами измерений 75–600 В, 4 диода, магазин
конденсаторов (в роли конденсатора переменной емкости);
R1 = 100 Ом — резистор, выполняющий роль внутреннего сопротивления вентилей; RЛ (Rн) — нагрузка (ламповый реостат).
2) С помощью ЛАТРа выставить напряжение Uвх = 100 В и в те-
чение всей работы поддерживать его неизменным.
3) Включая последовательно лампы нагрузки, измеряя Uн и Iн,
получить нагрузочную характеристику выпрямителя, то есть
Uн = f(Iн).
4) Определить U
выпрямителя.
обр
5) Построить графики, аналогичные заданию I.
Примечание. Необходимость использования R1 в данной схеме
уточняйте у преподавателя.
42
R
л
V
1
V
2
A
R
1
~ 220В
ЛАТР
С
Д
3
Д
4
Д
1
Д
2
R
л
V
1
V
2
A
Д
1
Д
2
C
1
C
2
ЛАТР
~ 220В
Рис. 7.12. Рабочая схема для выполнения задания II
З а д а н и е III. Исследование работы схем умножения
1) Собрать на выбор схему, изображенную на рисунке 7.13
(а или б).
Приборы и компоненты: амперметр с пределами измерений
0.25–1 А; вольтметры V1 и V2 с пределами измерений 75–600 В, кон-
денсаторы с емкостями С1 = С2 = 30 мкФ; 2 любых диода на стенде;
RЛ (Rн) — нагрузка (ламповый реостат).
2) При RН = ∞ с помощью ЛАТРа выставить напряжение
UВХ = 80В и в течение всей работы поддерживать его неизменным.
3) Изменяя сопротивление нагрузки, снять зависимость
UН = f(IН).
4) Определить внутреннее сопротивление выпрямителя.
а
43
R
л
V
1
V
2
A
Д
1
Д
2
C
1
C
2
ЛАТР
~ 220В
б
Рис. 7.13. Варианты схем умножения
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1) Для каких целей применяются схемы выпрямления?
2) Как классифицируются различные схемы выпрямления?
3) Каковы преимущества мостовой схемы двухполупериодного
выпрямителя по сравнению с двухполупериодной схемой выпрямления со средней точкой?
4) Принцип работы полупроводникового вентиля.
5) Каковы преимущества полупроводникового диода по сравне-
нию с вакуумным ламповым диодом?
6) Чем различаются ВАХ полупроводникового и вакуумного ди-
одов?
7) Что называется обратным напряжением, приложенным к вен-
тилю?
8) Что такое коэффициент пульсации?
9) Для чего используются фильтры в схемах выпрямления?
10) Принцип работы различных схем умножения напряжения.
11) Можно ли собрать схему выпрямления без трансформатора?
12) Почему в схеме двойного умножения показания вольтметра
(электростатической системы), подключенного к нагрузке, больше
44
чем в 2 раза показаний вольтметра, подключенного к зажимам вто-
tt
U
u
m
2cos
3
2
sin
2
1
ричной обмотки трансформатора (то есть U
редь, почему в схеме тройного умножения U
ВЫХ/UВХ
ВЫХ/UВХ
> 2). В свою оче-
> 3?
УПРАЖНЕНИЯ ДЛЯ САМОСТОЯТЕЛЬНОЙ РАБОТЫ
1) В схеме однополупериодного выпрямителя через диод прохо-
дит выпрямленный ток I0 = 75 мА. Определить сопротивление нагрузки RН, если амплитуда напряжения вторичной обмотки трансформатора U2m = 200 В.
Ответ: RН = 850 Ом.
2) Определите емкость конденсатора фильтра в мостовом выпря-
мителе, если выпрямленное напряжение Uп = 12 В, ток Iн = 10 мА,
а коэффициент пульсаций не должен превышать 0,05.
Ответ: C ≥ 167 мкФ.
3) Для питания двигателя постоянного тока с независимым воз-
буждением используется однополупериодный выпрямитель с Um,
равным 220 В. Активное сопротивление обмотки якоря равно 8 Ом,
индуктивность равна 0.7 Гн. Вычислить действующее значение тока
якоря, ограничившись второй гармоникой.
Подсказка:
.
Ответ: Iя = 8.76 А.
45
Лабораторная работа № 8
//
iBCf
/
ФiCf
ПОВЕРКА СЧЕТЧИКА ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЭНЕРГИИ
Целью данной работы является изучение принципа работы счет-
чика электрической энергии, а также подключение и поверка данного
прибора.
Теоретические основы
работы счетчика электрической энергии
В настоящее время существуют два основных типа счетчиков
электрической энергии: индукционный и электронный. Устройство
индукционного счетчика изображено на рисунке 8.1.
Индукционный счетчик электрической энергии состоит из подвижной и неподвижной частей. Неподвижная часть счетчика включает в себя токовую и вольтовую обмотки, а также тормозящий магнит. Основной деталью подвижной части индукционного счетчика
является алюминиевый диск. Также к компонентам подвижной части
данного типа счетчика можно отнести механизм счетного устройства.
Принцип работы индукционного счетчика электрической энергии
основан на взаимодействии переменного тока с переменным магнитным потоком.
Согласно закону Ампера, механическая сила, возникающая от
взаимодействия магнитного поля с индукцией B′ и тока i, протекающего в плоскости, перпендикулярной направлению потока, пропор-
циональна величинам тока и магнитной индукции, то есть .
В свою очередь, магнитный поток Ф пропорционален индукции B′. Из
данных рассуждений можно записать выражение для рассматриваемой силы следующим образом:
. (8.1)
46
)sin(/tФФ
)sin(
0
tIi
)sin()sin(
00
ttФCIf
)cos(
2
)2cos()cos(
2
1
00
0
00
0
ФCI
dtt
T
ФCI
fdt
T
F
TT
U
N
S
R
N
I
NU 1 5 3 7 Ф
1
Ф
2
Ф
3
Рис. 8.1. Общее устройство
индукционного счетчика электрической энергии
Если ток и поток — переменные величины, то в (8.1) f, i, Ф′ означают мгновенные значения. Пусть , а ток изменяется с
той же частотой, но по фазе отстает от потока на угол γ, то есть
. Тогда выражение для мгновенной силы будет запи-
сываться в следующем виде:
. (8.2)
Если проводник, по которому протекает ток i, обладает большой
инерцией (что практически всегда и происходит на практике), то в
этом случае важным будет являться не мгновенное значение силы, а
среднее ее значение за период:
,
(8.3)
47
или, переходя к эффективным значениям тока и потока:
)cos(
ФCIF
2
)cos()cos(
/
12
/
122
/
21
/
211
IФIФkIФIФkM
/
1
I
/
2
I
/
1
I
)cos()cos(
/
122
/
211
IФkIФkM
. (8.4)
Из последнего выражения видно, что средняя сила взаимодействия тока и потока (причем ток перпендикулярен потоку) зависит от
косинуса угла сдвига фаз между током и потоком. Эта сила равна 0
в случае .
Далее следует рассмотреть среднюю силу взаимодействия магнитного потока с индукционным током в диске счетчика. В счетчике
имеются две катушки. Одна включается последовательно, другая параллельно нагрузке. Обе катушки создают в диске индукционные токи. Вращающий момент, действующий на диск, обусловлен силами
взаимодействия индукционного тока одной катушки с магнитным полем другой катушки:
, (8.5)
где Ф1 и Ф2 — магнитные потоки, создаваемые токами I1, I2 (индукционными токами), порожденными Ф1 и Ф2. Преобразуем выражение
(8.5). Для этого построим векторную диаграмму (рис. 8.2). Возьмем за
начало отсчета напряжение U. Ток I1 сдвинут от напряжения на угол
φ, определяемый характером нагрузки. Ток I1 создает магнитный по-
ток Ф1. Магнитный поток создает в диске ЭДС E1, отстающую от Ф1
на /2.
ЭДС E1 возбудит в диске ток , совпадающий с ней по фазе (индуктивностью диска пренебрегаем). Ток I2, протекающий в парал-
лельной катушке, отстает от U на угол /2, так как индуктивное сопротивление этой катушки превосходит во много раз ее активное
сопротивление. Ток I2 создает магнитный поток Ф2. Тогда полученное
значение Ф2 будет изображаться вектором, повернутым на 180º. Поток
Ф
создает ЭДС E2, отстающую от него на /2. Ток I2, по вышеизло-
2
женным причинам, будет совпадать по фазе с ЭДС E2.
Из диаграммы видно, что угол между током и потоком Ф1 равен , а угол между и Ф2 равен φ. Тогда (8.5) можно перепи-
сать в виде:
. (8.6)
48
cos
21
/
ФФKM
CPUCIM
cos
1
nCM
T
/
T
MM
/
nCCP/
t t
kWPdt
C
C
ndtN
0 0
1
U
I1
Ф1
E1
I
2
Ф2
E2
φ
Рис. 8.2. Векторная диаграмма
индукционного счетчика электрической энергии
Так как индукционные токи пропорциональны соответствующим
магнитным потокам, то данное выражение принимает вид:
, (8.7)
то есть вращающий момент пропорционален произведению магнитных потоков катушек и коэффициенту мощности. Но так как поток
Ф
~ I1, а поток Ф2 ~ I2 ~ U, то (8.7) примет вид:
1
. (8.8)
Постоянный магнит создает тормозящий момент , который пропорционален числу оборотов диска. В результате наступает
равномерное движение диска при условии:
; .
Полное число оборотов можно записать в виде:
.
Подсчитываемый результат счетным устройством пропорционален энергии, где k — постоянная счетчика.
49
.
n
Pt
k
оборот
свт
n
k
ф
36001000
оборот
свт
%100
k
kk
k
k
ф
constP
)(pf
k
k
03.0
kk
Паспортная или фабричная постоянная счетчика k
может быть
ф
определена из формулы:
, (8.9)
где n — число оборотов диска, соответствующее 1 квт·ч электроэнергии, прошедшей через счетчик (указывается на щитке счетчика). Паспортную постоянную счетчика можно проверить по фактическому
передаточному отношению счетного механизма. Для этого необходимо сосчитать число оборотов диска, вызывающее смещение последней цифры указателя счетчика на единицу или на 10 единиц.
Погрешность определяется для каждого значения нагрузки по
формуле:
,
где k — действительная постоянная счетчика при .
Зависимость строится в виде плавной кривой. Если
, то счетчик считается непригодным к работе.
В последнее время индукционные счетчики вытесняются электронными счетчиками. Электронные счетчики могут иметь как аналоговый тип индикации, так и цифровой. Однако и в том и в другом
случае основными компонентами электронного счетчика являются
аналого-цифровой преобразователь (АЦП) и процессор.
В электронном счетчике электроэнергии измерительный трансформатор тока (ТТ) включен в разрыв фазного провода, а трансформатор напряжения (ТН) подключен к фазе и нулю. Сигналы с обоих
трансформаторов направляются по своим каналам на блок АЦП, осуществляющий преобразование данных сигналов в цифровой код
мощности и частоты. Дальнейшие преобразования выполняются процессором, осуществляющим управление индикацией, электронным
50
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]