электротехника

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Какие схемы выпрямителей исследуются в работе?

2.Какие схемы выпрямителей известны?

3.Как устроен полупроводниковый диод?

4.Объясните принцип действия однополупериодного выпрямителя.

5.Объясните принцип действия двухполупериодного выпрямителя.

6.Какие сглаживающие фильтры используется в работе?

7.Объясните принцип действия фильтра.

8.Что называется коэффициентом пульсации. Каковы его значения для одно- и двухполупериодных выпрямителей?

9.Как определить коэффициент сглаживания фильтра?

58

Измерение мощности.

Измерение мощности в цепях постоянного и однофазного токов

Мощность в цепях постоянного тока, потребляемая данным участком электрической цепи, равна:

P=U I ,

и может быть измерена амперметром и вольтметром.

Помимо неудобства одновременного отсчѐта показаний двух приборов, измерение мощности этим способом производится с неизбежной погрешностью. Удобнее измерять мощность в цепях постоянного тока ваттметром.

Измерить активную мощность в цепи переменного тока амперметром и вольтметром нельзя, т.к. мощность такой цепи зависит и от соsφ:

P=U I cosφ.

Поэтому в цепях переменного тока активная мощность измеряется только ваттметром.

Z

Рисунок8

Неподвижная обмотка 1-1 (токовая) включается последовательно, а подвижная 2-2 (обмотка напряжения) параллельно с нагрузкой.

Для правильного включения ваттметра один из зажимов токовой обмотки и один из зажимов обмотки напряжения отмечают звѐздочкой (*). Эти зажимы, называемые генераторными, необходимо включать со стороны источника питания, объединив их вместе. В этом случае ваттметр будет показывать мощность, идущую со стороны сети (генератора) к приѐмнику электрической энергии.

Измерение активной мощности в цепях трѐхфазного тока

При измерении мощности трѐхфазного тока применяют различные схемы включения ваттметров в зависимости от:

-системы проводки (трѐхили четырѐхпроводная);

-нагрузки (равномерная или неравномерная);

-схемы соединения нагрузки (звезда или треугольник).

11

а) измерение мощности при симметричной нагрузки; система проводки трехили четырехпроводная:

В этом случае мощность всей цепи можно измерить одним ваттметром (рисунки 9,10), который покажет мощность одной фазы Р=3Pф=3UфIфсоsφ

б) при несимметричной нагрузке мощность трѐхфазного потребителя можно измерить тремя ваттметрами:

Общая мощность потребителя равна:

P=P1+P2+P3

12

Методика исследования двухполупериодного выпрямителя аналогична исследованию однополупериодного выпрямителя. Для этого выполните вышеприведенные пункты 1.2; 1.3; 1.4 на макете двухполупериодного выпрямителя (схема 2) и занесите показания приборов табл.

3. На основании полученных, измерении вычислите коэффициенты пульсаций и коэффициент сглаживания. Сопоставьте результаты расчѐта, сделайте выводы о качестве фильтров.

4. Оформите отчѐт, в котором приведите принципиальные электрические схемы обоих выпрямителей; заполненную таблицу, зарисовки осциллограмм формы пульсации выпрямительного напряжения на нагрузке выпрямителя и сделанные вами выводы.

Примечания:

1. Коэффициент пульсации "р" определяется как отношение амплитудного значения основной гармоники выпрямительного напряжения U1 m к постоянной составляющей, равной среднему выпрямленному напряжению

U0=Uн ср, т.е. p=U1m/U0,

где U1m= 2 U~

U~ – переменная составляющая выпрямительного напряжения, измеренная ламповым вольтметром.

2. Коэффициент сглаживания «q» определяется как отношение коэффициентов пульсации на входе и выходе фильтра, т.е.

q=Pвх/Pвых,

Таблица

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 41

ИССЛЕДОВАНИЕ ОДНОФАЗНЫХ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ НА ПОЛУПРОВОДНИКОВЫХ

ДИОДАХ

ЦЕЛЬ РАБОТЫ:

1.Ознакомиться с полупроводниковыми диодами и их свойствами.

2.Изучение принципа действия одно- и двухполупериодного выпрямителей и сглаживающих фильтров.

3.Исследование влияния сглаживающих фильтров на величину пульсации выпрямленного напряжения на нагрузке.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Исследование однополупериодного выпрямителя

1.1.После собеседования с преподавателем (сдачи коллоквиума) ознакомьтесь с лабораторной установкой и уясните какие измерительные приборы потребуются для реализаций схем выпрямителей согласно схемам 1 и 2. Внесете технические характеристики этих приборов в протокол испытаний.

1.2.Соберите принципиальную электрическую схему однополупериодного выпрямителя (схема 1). Подключите электронный осциллограф параллельно нагрузке.

1.3.После проверки преподавателем правильности сборки схемы включите измерительное приборы и дайте им прогреться в течении 3-5 минут.

1.4.Включите макет выпрямителя в сеть (тумблер AI) и проведите исследование влияния сглаживающих фильтров на величину пульсации выпрямительного напряжения, для следующих случаев:

a) без сглаживающих фильтров; б) с L - фильтром;

в) с C - фильтром;

г) с Г - образным фильтром;

д) с П - образным фильтром; Для каждого случая зарисуйте мягким карандашом полученные

осциллограммы, приложив к экрану осциллографа прозрачную бумагу (кальку). Показания приборов занесите в табл.

2. Исследование двухполупериодного выпрямителя.

56

в) измерение мощности методом двух ваттметров:

Рисунок 12

Применяется в 3-х проводных системах трехфазного тока при симметричной и несимметричной нагрузках и любом способе соединения потребителей. При этом токовые обмотки ваттметров включаются в фазы А и В (например), а параллельные на линейные напряжения UАС и UВС

(или А и С  UАВ и UСА), (рис. 12). Общая мощность P=P1+P2 .

УСЛОВНЫЕ ОБОЗНАЧЕНИЯ ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

PA

A Амперметр

PV

V Вольтметр

PW

W Ваттметр

PHz

Hz Частометр

13

1,5 или 1,5 Класс точности 1,5

Постоянный ток Переменный ток

Постоянный и переменный ток

Трехфазный ток

Прибор магнитоэлектрической системы

Прибор электромагнитной системы

Прибор электродинамической системы

Прибор устанавливается горизонтально Прибор устанавливается вертикально

БЭксплуатационная группа Б

Примечание: Электроизмерительные приборы выпускаются трѐх эксплуатационных групп:

А - для закрытых отапливаемых помещений (0° ÷ +35°С)

Б - для закрытых не отапливаемых помещений (-30° ÷ +40°С) В - для полевых и морских условий (- 40° ÷ +60° С)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ 1.Устройство, принцип действия и область применения приборов

магнитоэлектрической, электромагнитной и электродинамической систем. Достоинства и недостатки этих приборов.

2.Что называется абсолютной, относительной и приведѐнной погрешностями? Как они определяются?

3.Какая погрешность определяет класс точности прибора?

4.Как можно определить наибольшую возможную абсолютную

14

K M1.5

KM2.1 K M2.2 K M2.3 K M1.1 K M1.2 K M1.3

КМ2.4

55

погрешность прибора, по данным, нанесѐнным на его шкалу?

5.Что означают условные знаки, нанесѐнные на шкале прибора?

6.Как определить цену деления прибора? Что она означает?

7.Как можно расширить пределы измерения амперметра

(вольтметра)?

8.Способы включения в схему амперметра, вольтметра, ваттметра?

9.Какими способами можно измерять мощность в цепях трѐхфазного

тока?

10.Как рассчитать величину сопротивления шунта для расширения пределов измерения амперметра?

11.Как рассчитать величину добавочного сопротивления для расширения пределов измерения вольтметра?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕРАЗВЕТВЛЕННОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ СИНУСОИДАЛЬНОГО ТОКА, СОДЕРЖАЩЕЙ РЕЗИСТОРЫ, ИНДУКТИВНЫЕ КАТУШКИ И КОНДЕНСАТОРЫ

2.Дать краткое описание работы каждой схемы с указанием цепей прохождения тока и объяснить назначение каждого элемента схемы и особенности каждой схемы.

3.Описать действие нулевой защиты. Привести таблицу опытных и расчетных данных определения коэффициента возврата kв.

4.Сделать выводы о роли магнитного пускателя в схемах электропривода.

5. Собрать схему 4 и испытать действие нулевой защиты, для чего:

а) включить автомат QIF; нажав на кнопку SВ3, запустить двигатель. Пользуясь реостатом R, уменьшить напряжение на зажимах катушки контактора до величины, при которой происходит отключение электродвигателя;

б) оставив реостат в том же положении, нажать на кнопку SВ3 и убедиться, что не происходит самозапуска двигателя при пониженном напряжении;

в) отключить автомат Q1F, вывести полностью реостат.

Включить автомат QIF. Нe нажимая кнопки SВ3 убедиться, что не происходит самозапуска двигателя при нормальном напряжении сети. Двигатель может быть запущен только нажатием кнопки SВ3. В этом состоит суть нулевой защиты.

6. Определение коэффициента возврата контактора выполняется по схеме1 из лабораторной работы 26. Для этого при включенной схеме, пользуясь реостатом R и вольтметром PU, определить поочередно по три значения напряжения включения Uвкл и напряжения отпускания Uотп. Результаты записать в табл. 1.

Таблица 1

Вычислить коэффициенты возврата kв 1, kв 2, kв 3, по формуле

k=Uотп/Uвкл.

За действительную величину коэффициента возврата принять среднее значение

kв ср=( kв 1+kв 2+kв 3)/3

Примечание. Значения величин Uomп определить в момент отключения двигателя при введении реостата R, значения величин Uвкл

– в момент включения двигателя при выведения реостата. Кнопка SВ3 «ПУСК» при этих операциях должна быть нажата.

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА Составить отчет установленной формы, в котором:

1.Вычертить схемы, приведенные в работе.

52

ОБРАБОТКА ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ДАННЫХ

Все величины, входящие в таблицы 2 и 3, вычисляются по показаниям приборов с использованием формул, приведенных в нижеследующей таблице.

Таблица. 1 - Расчетные формулы

Таблица. 1 - Расчетные формулы (Продолжение)

СОСТАВЛЕНИЕ ОТЧЕТА

Составить отчет, в котором необходимо:

1.Привести технические данные аппаратуры и приборов, использованных при выполнении работы.

2.Привести схему лабораторной установки.

3.Привести таблицы 2 и 3 с опытными и расчетными данными.

4.Привести пример расчета одной строки для каждой таблицы.

5.По данным измерений (таблица 2) построить векторные диаграммы для исследуемых случаев.

6.По данным измерений и вычислений (таблица 3) построить на

одном графике резонансные кривые зависимости I, U, UR, UL, UC, UX, φ и cosφ от емкости С. На абсциссе отметить точку, соответствующую резонансу напряжений. Объяснить характер полученных кривых.

7.Используя данные эксперимента и расчета (таблица 3), построить векторные диаграммы для случаев: φ < 0; φ = 0; φ > 0.

8.Указать, как было установлено наличие резонанса напряжений при исследовании неразветвленной цепи и какими особенностями он (резонанс) характеризуется.

9.Проверить выполнение второго закона Кирхгофа.

10.Сделать заключение по результатам проведенной работы.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Методика выполнения работы.

2.Аппаратура и приборы, используемые в работе.

3.Какое сопротивление называется активным, реактивным?

4.Как зависят индуктивное, и емкостное сопротивления от частоты тока и почему?

5.Какое явление называется резонансом напряжений? Каково условие резонанса?

6.Изменением каких параметров можно получить режим резонанса напряжений?

7.Какая мощность называется активной, реактивной и полной? Как

18

Их отношение называется коэффициентом возврата контактора, т. е.

k=Uотп/Uвкл.

Схема для определения коэффициента возврата приведена на схеме 4. Уменьшение напряжения на катушке контактора КМ1 осуществляет введение реостата R, включенного последовательно с ней.

Кроме обеспечения дистанционного управления и защитных функций магнитный пускатель исключает возможность ошибок оператора при включениях и повышает производительность электрифицированных механизмов.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ

Испытательная установка состоит из асинхронного электродвигателя с короткозамкнутым ротором типа А031-4, магнитного пускателя типа ПМЕ-211 (ПА-312) и трех кнопочных станции, состоящих из одной, двух и трех кнопок, смонтированных на общей панели.

Питание установки производится от трехфазной сети переменного тока, напряжением 220 В через автоматический выключатель АП50ЗМТ. Каждый контактор имеет три замыкающих главных контакта и два - блок-контакта, из которых один — замыкающий и один размыкающий.

Установка содержит реостат 5000 Ом, 0,2 А и вольтметр типа Э421 (Э8021), служащие для определения параметров работы контактора.

СОДЕРЖАНИЕ И ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

ВНИМАНИЕ! Перед включением каждой схемы необходимо дать проверить правильность ее сборки преподавателю. Убедившись в правильной работе каждой схемы в соответствии с описанием, необходимо продемонстрировать ее работу преподавателю.

1.Ознакомиться с аппаратурой, применяемой в схемах и записать технические данные электродвигателя, всей аппаратуры и измерительных приборов схем 1, 2, 3, 4.

2.Собрать схему 1 и убедиться, что двигатель работает только при нажатой кнопке SВ2 «ПУСК». Произвести 2—3 пуска и остановки двигателя.

3.Собрать схему 2 и убедиться, что необходимость удерживать кнопку «ПУСК» в нажатом состоянии здесь отпадает. Осуществить несколько (2—3) пусков и остановок двигателя с помощью кнопок управления.

4.Собрать схему 3 и проверить ее работу путем пуска, остановки и реверса двигателя. Убедиться в действии блокировки, исключающей одновременную работу контакторов KМ1 и КМ2.

51

превышающих номинальную нагрузку более чем на 10-20%. При перегрузках реле КК1 и КК2 отключают питание катушки КМ своими размыкающими контактами.

Управление двигателем производится дистанционно от кнопочной станции, состоящей из двух кнопок — «ПУСК» и «CTOП».

Схема 2 находит широкое применение для управления электродвигателями таких нереверсивных механизмов, как насосы, вентиляторы и т. д.

В случаях, когда по условию технологического процесса необходимо изменять направление вращения производственного механизма (например, грузоподъемных механизмов, транспортеров и др.), применяется схема 3.

Известно, что для изменения направления вращения ротора двигателя, необходимо изменить направление вращения магнитного потока статора. Для этого необходимо изменить последовательность чередования фаз асинхронного двигателя. В приведенной на схеме 3 изменение направления вращения (реверсирование) ротора осуществляется переключением двух фаз статора двигателя путем выключения контактора КМ1 и включения контактора КМ2 с помощью реверсивного пускателя, состоящего из двух обычных пускателей.

При нажатии кнопки SB4 «ВПЕРЕД» включается контактор KМ1 и ротор двигателя будет вращаться в условном направлении «ВПЕРЕД»,

Для изменения направления вращения необходимо предварительно отключить двигатель нажатием кнопки SВ1 «СТОП» и лишь после этого нажать кнопку SВ5 «НАЗАД» (схема 3).

Размыкающие блок-контакты КМ2.5 и KМ1.5. включенные соответственно в цепях катушек контакторов КМ1 и КМ2, осуществляют электрическую блокировку контакторов, т.е. исключают возможность одновременной работы контакторов КМ1 и КМ2. При отсутствии подобной блокировки контакторы КМ1 и КМ2 могут быть включены независимо друг от друга, что приведет к короткому замыканию двух фаз сети главными контактами контакторов.

При снижении напряжения на 20—30% (и более) включающая катушка контактора оказывается не в состоянии удержать его во включенном состоянии, контактор и электродвигатель отключаются, чем предупреждается недопустимое перегревание электродвигателя. При снижении или снятии напряжения сети и при его последующем восстановлении до номинального значения самозапуск двигателя не происходит, так как цепь катушки контактора окажется разомкнутой, следовательно будут разомкнуты и главные контакты.

В этом состоит сущность нулевой защиты по напряжению. Она имеет место во всех установках, где имеется магнитный пускатель. Напряжение на катушке контактора, при котором он отключается, называют напряжением отпадания Uном а наименьшее напряжение, при котором контактор включается, называют напряжением включения Uвкл.

50

вычисляются эти мощности для различных цепей синусоидального тока?

8.Как строятся треугольники сопротивлений и мощности для различного характера нагрузки?

9.Как объяснить характер изменения резонансных кривых при изменении емкости С?

10.Что такое коэффициент мощности? Чему он равен при резонансе?

11.Почему при резонансе напряжение на реальной катушке индуктивности не равно напряжению на конденсаторе?

19