Добавил:
ivanov666
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Электротехника и электроника. Учебно-методическое пособие по выполнению лабораторных работ для студентов инженерно-технологического института
.pdf
31
Статическое сопротивление есть отношение напряжения U к току I в выбранной точке ВАХ элемента. Это - физическая интерпретация, основанная па
законе Ома. Геометрически Rc определяется как тангенс угла α наклона прямой,
проведенной к выбранной гонке ВАХ из начала координат с учетом выбранных
масштабов напряжения и тока Таким образом:
Дифференциальное сопротивление есть производная напряжения потоку и
геометрически оно определяется как тангенс угла наклона касательной, проведенной из выбранной точке ВАХ к оси абсцисс с поправкой на масштабные множители.
Значительная нелинейность сопротивлений некоторых полупроводниковых материалов, обусловлена температурой их нагрева, позволяет использовать
эти материалы в измерительных схемах для измерения неэлектрических величин
(температуры, скорости газовых потоков, деформации и т. д.).
В технике находят применения и другие элементы, обладающие нелинейными вольтамперными характеристиками. Нелинейность этих характеристик
вызвана не температурами, а другими факторами. Например, газоразрядные приборы, вольтамперная характеристика которых обусловлена особенностью электрического разряда в газах при низких давлениях. Гак как сопротивление нелинейной цепи непостоянно, то ток в такой цепи не пропорционален напряжению
на ее зажимах, следовательно, закон Ома неприменим для ее расчета. При расчете пользуются графическими методами, основанными на применении законов
Кирхгофа и заданных вольтамперных характеристик.
При последовательном соединении двух нелинейных сопротивлений общее
32
напряжение на этих сопротивлениях равно сумме падения напряжений на этих сопротивлениях, а ток, протекающий через эти сопротивления один и тот же.
ЕСЛИ известны вольтамперные характеристики этих сопротивлении, то
при построении результирующей вольтамперной всей цепи следует суммировать
падения напряжения, соответствующие одним и тем же значением тока. Аналогично можно рассчитать последовательную цепь, состоящую из большого числа
сопротивлений и в случае, когда некоторые из этих сопротивлений являются линейными.
При параллельном соединении двух или нескольких нелинейных сопротивлений, ток в неразветвленной части цепи равен сумме токов в отдельных ветвях, соответствующие одним и тем же значениям напряжения.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить литературу по теме лабораторной работы, схему лабораторной
установки и записать паспортные данные электроизмерительных приборов и токоприемников.
2. Снять вольтамперные характеристики нелинейного элемента (лампа
накаливания) и линейного элемента (резистор). Для этого, изменяя напряжение
на элементах с помощью лабораторного автотрансформатора Т1 от 0 до 230 В,
через каждые 10...20 В измерять силу тока.
3. Снять вольтамперные характеристики параллельного и последователь-
ного соединения лампы и резистора. Измеренные данные занести в таблицу
4. Рассчитать статические сопротивления .
5. Построить ВАХ лампы и реостата в одной системе координат, опреде-
лить дифференциальные сопротивления лампы в диапазонах 50... 100 В, 100...
150 В, 150...220 В.
6. Методом графического сложения, на отдельном графике изобразить тео-
ретические ВАХ, построенные для параллельного и последовательного соединения лампы и резистора, здесь же отметить экспериментальные точки, полученные при исследовании ВАХ этих же соединений.
33
Таблица 2.1 - Результаты измерения ВАХ и расчета сопротивлений
U, B
Лампа
Резистор
Параллельно
Последовательно
I, A
I, A
I, A
I, A
0
20
200
220
ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
На лабораторном стенде смонтированы следующие электроизмерительные
приборы:
- вольтметр электромагнитной системы Э378 на 250 В;
- вольтметр электромагнитной системы Э377 на 50 В, шунтированный
кнопкой SB1 при более высоких напряжениях;
- амперметр электромагнитной системы Э378 на А.
В качестве нелинейного элемента установлена лампа накаливания мощностью 150 Вт на номинальное напряжение 220 В, в качестве линейного - реостат
R1 (РПШ-0,7) или эквивалентный ему резистор
Для регулирования напряжения на исследуемых элементах применен лабораторный автотрансформатор Т1 типа ЛАТр-9м. Защита стенда от короткого
замыкания обеспечивается предохранителем FU1, а включение и выключение
напряжения - автоматическая выключателем QF1.
ОТЧЕТ О РАБОТЕ
1. Указать цель работы.
2. Изобразить принципиальную электрическую схему установки.
3. На схеме указать пределы измерения приборов, здесь же отметить экс-
периментальные точки, полученные при исследование ВАХ этих же соединений.
34
4. Привести таблицу с измеренными и вычисленными данными. Измерен-
ные величины указывать с точностью измерения.
5. Построить графики ВАХ исследованных элементов и их сочетаний.
6. Рассчитать дифференциальные сопротивления нелинейного элемента.
7. Сформулировать выводы.
- о характере изменения дифференциального сопротивления;
- о причинах несовпадения экспериментальных точек, полученных при ис-
следовании ВАХ параллельного и последовательного соединения лампы и реостата с расчетными ВАХ.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Каким методом измеряются я данной работе напряжение сила токаи со-
противление?
2. Чему равно дифференциальное сопротивление реостата?
3. Может ли нелинейный элемент рассматриваться как линейный?
4. Может ли линейный элемент рассматриваться как нелинейный?
5. Как определить дифференциальное сопротивление элемента?
6. Как получить ВАХ параллельного соединения двух элементов?
7. Как построить ВАХ последовательного соединения элементов?
35
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №3
ИССЛЕДОВАНИЕ КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ СХЕМЫ
ПИТАНИЯ И ХАРАКТЕРИСТИК ЛЮМИНЕСЦЕНТНОЙ ЛАМПЫ
Цель работы:
1. Изучение стартерной схемы питания люминесцентной лампы.
2. Исследование светотехнических характеристик лампы.
3. Экспериментальное и теоретическое исследование компенсационного
способа повышения коэффициента мощности цепи.
ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
В электрической цепи, содержащей индуктивный или емкостной элемент,
возникает фазовый сдвиг, который приводит к уменьшению коэффициента мощности цепи. Коэффициент мощности цепи есть отношение активной мощности к
полной
где Р - активная мощность нагрузки, S - полная мощность, подводимая к
цепи. При коэффициенте мощности меньше единицы лишь часть мощности, подводимая из сети, будет использоваться в нагрузке.
Так, если коэффициент мощности то при мощности, поступающей из сети, S = 100 ВА, нагрузкой используется только Р = 50 Вт. Напряжение
U сети как правило постоянно. Тогда при коэффициенте мощности
ток в цепи с такой нагрузкой - вдвое выше необходимого. Возникают потери
энергии, которые снижают эффективность работы электростанций и увеличивают денежные расходы потребителя электроэнергии
Таким образом, необходимо повышать коэффициент мощности электрических цепей. При ток на входе цепи нагрузки будет приблизительно ра-
36
вен току, необходимому для нормальной работы нагрузки, и затраты на электроэнергию будут оправданы.
При активно-индуктивной нагрузке коэффициент мощности повышают с
помощью конденсаторов или синхронными компенсаторами (специальными
синхронными двигателями).
Синхронные компенсаторы устанавливают на крупных подстанциях и поэтому здесь не рассматриваются.
Рассмотрим методику расчета емкости компенсирующего конденсатора.
Если нагрузка с номинальнальной мощностью Р, рассчитанная на номинальное
напряжение, потребляя номинальный ток I, создает начальный фазовый сдвиг
то реактивная и активная мощности цепи будут равны соответственно
’
После небольшого преобразования получим
При желаемом фазовом сдвиге реактивная мощность цепи будет
Следовательно, нужно компенсировать реактивную мощность, равную
где
. Oм - реактивное сопротивление компенсирующего конденса-
тора, a (f – циклическая частота тока сети).
37
Подставляя в значения и, получим
Тогда емкость конденсатора определится как
Для полной компенсации фазового сдвига Ф1 потребуется конденсатор емкостью
Наиболее характерной электрической цепью, нуждающейся в повышении
коэффициента мощности, является схема питания осветительной люминесцентной лампы.
Простейшая схема стартерного зажигания отдельной люминесцентно
лампы, включённой в сеть переменного тока, приведена на лабораторном стенде.
Электрический пробой промежутка между электродами лампы может произойти лишь при напряжении равном напряжению зажигания или большем его
Величину напряжения зажигания может в несколько раз превосходить напряжение питающей сети.
Чтобы снизить требующееся для возникновения разряда напряжение и сохранить работоспособность электродов, их предварительно нагревают до температуры 800-1000 пропуская через них ток. Это обеспечивает достаточную термоэлектронную эмиссию с оксидного покрытия электродов. После зажигания
люминесцентная лампа работает в режиме дугового разряда. Импульс повышенного напряжения, от которого зажигается лампа, автоматически создается стартером и дросселем.
38
Стартер служит для автоматического замыкания на определенное время
цепи электродов лампы и для мгновенного разрыва цепи после их разогрева. В
таких схемах наиболее часто применяемый стартер тлеющего разряда.
Дроссель в стартерных схемах выполняет следующие функции:
1. Обеспечивает достаточную и безопасную для лампы величину тока в
цепи электродов для быстрого их разогрева при зажигании; ток разогрева электродов обычно на 40-50% превосходит величину номинального тока люминесцентной лампы;
2. создает импульс повышенного напряжения, обеспечивающий зажигание
разряда в лампе;
3. стабилизирует разряд при номинальной для данной лампы величине тока;
4. обеспечивает устойчивую работу лампы при отклонениях напряжения сети.
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Изучить схему лабораторной установки, записать паспортные характе-
ристики электроизмерительных приборов.
2. Включить установку на номинальное напряжение 220 В и дать про-
греться лампе в течение 5 мин.
3. Измерить при U = 220 В и емкости конденсатора С = 0 фазовый сдвиг φ,
коэффициент мощности cos φ, силу тока I.
4. С помощью выключателей SA1...SA5 подключить к схеме конденсаторы
и измерить для каждого нового включения фазовый сдвиг φ. коэффициент мощности . силу тока I.
5. Вычислить активную, реактивную н полную мощность схемы
6. Полученные данные занести в таблицу 3.1.
39
Таблица 3.1 - Результаты исследования схемы питания люминесцентной
N
п/п
Ем-
кость
С,мкФ
Измерено U=
Вычислено
I, А
φ
cos φ
P, Вт
S, ВА
Q, ВАР
1 0
2 1
3 2 4 3 5 4 6 5 7
5.5 8 6
7. Изменяя с помощью реостата R1 напряжение питания схемы измерять
освещённость лампы при C=0.
Таблица 3.2 - Результаты исследования освещенности лампы
Напряжение
100%U
н
95%Uн
90%Uн
85%Uн
80%Uн
Освещенность E, лк
Освещенность E, %
8. Построить зависимости I(C) и cos φ(С).
9. Построить зависимости S(C) и Q(C).
10. По данным пп. 1 и 5 построить векторные диаграммы, выбрав соответ-
ствующие масштабы тока и напряжения.
11. Построить график зависимости освещенности лампы от напряжения в
относительных единицах.
ПРИБОРЫ И ОБОРУДОВАНИЕ
На лабораторном стенде установлена люминесцентная лампа типа ЛБ-40
мощностью 40 Вт со стандартной стартерной схемой включения, в которой в качестве токоограничивающего элемента используется дроссель LL1, а зажигание
лампы обеспечивается стартером HL1. Напряжение питания схемы, измеряемое
40
вольтметром PV1 типа Э377 можно регулировать реостатом R1 типа РПШ, вклю-
ченным последовательно. Силу тока, поступающего в схему, измеряют амперметром электромагнитной системы PA1 типа Э513, рассчитанным на,25-0,5-1 А
Величину фазового сдвига и коэффициент мощности в цепи определяют по фазометру типа Д578 ферродинамической системы Освещенность, создаваемую
лампой, измеряют люксметром Ю116. датчик которого помещают на расстоянии
около 30-50 см от лампы. Это расстояние необходимо поддерживать постоянным, во избежание ошибок измерения
Для компенсации фазового сдвига в цепи путем подключения конденсато-
ров с емкостями 0,5 - 1 - 2 - 2 мкФ установлены выключатели SA1 - SA4.
Для включения питания стенда и зашиты его от короткого замыкания слу-
жат автоматический выключатель QF1 и предохранитель FU1.
ОТЧЕТ О РАБОТЕ
1. Указать цель работы.
2. Начертить принципиальную схему установки с измерительными прибо-
рами, возле изображения которых указать пределы измерения.
3. Привести таблицу с измеренными и вычисленными. Измеренные вели-
чины указать с точностью измерения.
4. Начертить графики зависимостей и векторные диаграммы
5. Сделать выводы:
- о причине уменьшения фазового сдвига цепи при подключении конден-
сатора;
- об изменении освещенности, тока лампы, активной, полной и реактивной
мощностью цепи при увеличении емкости конденсатора и причинах, их вызывающих;
- о явлении, которое лежит в основе компенсации фазового сдвига в цепи
с помощью конденсатора;
- о характере изменения освещенности лампы при изменении напряжения
питания.
Соседние файлы в предмете [НЕСОРТИРОВАННОЕ]