Электротехника (схемотехника)

Лабораторна робота №2

"ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ РОБОТИ ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА ПОСТІЙНОГО СТРУМУ"

Мета роботи - дослідження основних режимів роботи електричного кола при передаванні електричної енергії, виявлення чинників, що перешкоджають не- обмеженому збільшенню потужності, що передається приймачам по лініям еле- ктропостачання (ЛЕП); визначення граничної потужності, яку можна передати приймачам в електричному колі, і засоби її підвищення.

Лабораторна робота складається з двох частин:

-домашньої підготовки;

-аудиторної роботи.

ДОМАШНЯ ПІДГОТОВКА

а) ознайомитись з теоретичним матеріалом за поданою темою з [1]. Можна ви- вчити ці питання за будь-яким підручником;

б) вивчити ці вказівки; в) підготувати бланк звіту про лабораторну роботу.

Таблиця 1. Каталожні дані приймачів електроенергії

АУДИТОРНА РОБОТА ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Схема, що досліджується (рис. 1 звіту про лабораторну роботу), має в своєму складі: генератор (не показаний), лінію електропостачання (ЛЕП) і при- ймачі електроенергії. Від генератора напруга U1 (вимірюється вольтметр PV1 на вході ЛЕП) надходить крізь вимикач QF і запобіжники FU1, FU2 на затискачі ЛЕП. З виходу ЛЕП напруга U2 (вимірюється вольтметром PV2) надходить на приймачі електроенергії - лампи розжарювання, з’єднані паралельно. Сумарний струм приймачів вимірюється амперметром РА, а потужність - ватметром PW.

Запустити програму EWB. Відкрити файл “Шаблон”, що містить на полі компонентів Favorites субблок ватметру. Зберегти його у папці Мои докумен-

ты\Група....

а) Збирання схеми:

- зібрати коло за принциповою схемою рис.1 звіту про лабораторну роботу. Унаслідок збирання отримуємо схему для дослідження режимів роботи елект- ричного кола, що наведена нижче, де:

•лінія електропостачання моделюється резистором RL, опір якого дорів- нює опору ЛЕП RЛ;

•генератор моделюється джерелом постійної напруги (G) з ЕРС Eном і ре- зистором R0, опір якого дорівнює внутрішньому опору генератора R0;

-20 -

• в якості навантаження використовується резистор змінного опору Rh, опір якого дорівнює еквівалентному опору приймачів електроенергії RН.

- згідно з варіантом завдання, що поданий в таблиці 1 обчислити номіналь-

ня ∑Рном= Рном·n, Рном – потужність однієї лампи, а n – кількість приймачів. Ви- брати ЕРС генератора Eном.

- встановити параметри елементів та прила- дів, що використовуються в схемі. Прийняти: RЛ = 2,5 Ом; R0 = 0,5…1,0 Ом; струм запобіжника

Imax ≥ (1,1…1,2)·Iном, де Iном = U ном - номіналь-

RН ном

ний струм навантаження;

-відкрити діалогове вікно для зміни пара-

метрів резистора змінного опору Rh. Встановити значення опору Resistance, яке дорівнює RН ном,

початковий стан повзунка Setting 100% і крок зміни опору Increment 33%. Призначити клавішу керування R (Key), за допомогою якої змінюється стан по- взунка:

Для збільшення значення опору необхідно одночасно натиснути клавішу R і клавішу [Shift]. Для зменшення – клавішу R;

-записати вибрані параметри у табл. 2 звіту.

б) Дослідження режиму холостого ходу:

-увімкнути QF і вимкнути вимикач SA резистора змінного опору;

-запустити процес моделювання схеми. Після появи на приладах значень величин, що вимірюються, зробити паузу в роботі схеми;

-записати в рядку 1 табл. 3 показання приладів.

в) Дослідження режиму роботи кола при збільшенні навантаження:

-увімкнути вимикач SA резистора змінного опору;

-відновити процес моделювання;

-21 -

-показання приладів записати у рядок 2 таблиці 3 бланка звіту;

-зменшуючи опір резистора змінного опору, заповнити рядки № 3 - 4 таб- лиці 3 бланка звіту;

-зробити паузу в роботі схеми;

-встановити величину опору Rн = RЛ + R0; крок зміни 25%; початковий стан

100%;

-відновити процес моделювання;

-показання приладів записати у рядок 5 таблиці 3 бланка звіту;

-зменшуючи опір резистора змінного опору заповнити рядки № 6 – 9;

-вимкнути загальний вимикач схеми.

г) Дослідження можливості зменшення втрат потужності при переда- ванні електроенергії:

-перенести результати вимірювання для узгодженого режиму роботи (ря- док 5 таблиці 3) в рядок 1 табл.4 бланка звіту;

-підвищити ЕРС генератора (Eном) на 100% (у 2 рази);

-зменшити струм, що віддається генератором у 2 рази (потужність, що роз- виває генератор Р=Е·І, повинна залишатися незмінною). Для цього встановити

Rн = 3(Rл + R0);

-запустити процес моделювання схеми;

-показання приладів записати в рядок 2 табл. 4 бланка звіту;

-вимкнути загальний вимикач схеми.

ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

а) Згідно з варіантом завдання, виконати розрахунок відсутніх параметрів електричного кола за схемою рис.2 бланку звіту, де:

Р1ном – потужність, що передається джерелом живлення в ЛЕП, при номіна- льному навантаженні;

U1ном – номінальна напруга джерела живлення;

U2ном – номінальна напруга на навантаженні, U2ном= Uном;

Р2ном – номінальна потужність навантаження, Р2ном = ∑Рном; ∆Рном – втрати потужності в ЛЕП;

ηном – ккд ЛЕП.

Результати обчислювання занести в табл.2 звіту про лабораторну роботу. б) За даними табл. 3 для рядків 1 ... 9 розрахувати відсутні параметри.

в) За даними рядків 1 ... 9 табл. 3 побудувати зовнішні залежності джерела та приймача, а також залежності P1= f(I), P2= f(I), η= f(I). Відзначити на них то- чки режимів х.х., к.п., узгодженого і номінального, вважаючи η= 0,9.

г) Згідно з даними табл. 4 обчислити в скільки разів підвищилась напруга живлення ЛЕП U1 (U1В/U1Н), і в скільки разів при цьому зменшились втрати по- тужності в ЛЕП (∆ PВ/∆ PН). Результати записати в бланк звіту.

д) Дати письмові відповіді на питання наведені в бланку звіту про лабораторну роботу.

- 22 -

ЗВІТ про лабораторну роботу № 2

«ДОСЛІДЖЕННЯ РЕЖИМІВ РОБОТИ ЕЛЕКТРИЧНИХ КІЛ ПОСТІЙНОГО СТРУМУ»

Результати розрахунку кола

Зменшення втрат потужності при передаванні електроенергії

Рис. 2 Графічнi залежнoстi результатів досліджень

Відповісти на питання:

1.Як і чому змінюється напруга U2 в кінці ЛЕП (на навантаженні) при збі- льшенні струму навантаження I? Яка вона при х. х.?

2.Як і чому змінюється потужність Р2, що споживається навантаженням, при безперервному збільшенні струму навантаження I і потужності, що відда- ється генератором Р1?

3.Чому недоцільна робота промислових ЛЕП в узгодженому режимі, не- зважаючи на те, що приймач споживає в цьому режимі максимальну потуж- ність? Який режим застосовується для роботи промислових ЛЕП?

4.Що доцільно робити для зменшення втрат потужності при передаванні електроенергії? Відповідь пояснити.

- 24 -

Лабораторна робота № 3

“ДОСЛІДЖЕННЯ ВМИКАННЯ ІДЕАЛЬНИХ ПРИЙМАЧІВ У КОЛО ЗМІННОГО СТРУМУ”

Мета роботи – визначення параметрів, що характеризують змінні синусоїдні напруги та струм, встановлення якісних показників енергетичних процесів із увімкненням у мережу змінного струму резистивного (R), індуктивного (L) і ємнісного (C) ідеальних елементів; вивчення особливостей складання змінних струмів (напруг, ЕРС).

Лабораторна робота складається з двох частин:

-домашньої підготовки;

-аудиторної роботи.

ДОМАШНЯ ПІДГОТОВКА

а) ознайомитись з теоретичним матеріалом за поданою темою з [1], або за ін- шим підручником; б) вивчити ці вказівки;

в) підготувати бланк звіту про лабораторну роботу.

АУДИТОРНА РОБОТА ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ

Від генератора (рис. 1 звіту про лабораторну роботу) змінна напруга u (ви- мірюється вольтметром PV) надходить крізь вимикач QF на затискачі наванта- ження, у якості котрого використовуються резистори R1, R2, котушка індуктив- ності L і конденсатор С.

Запустити програму EWB. Відкрити файл “Шаблон”, що містить на полі компонентів Favorites субблоки ватметру і давачів струму. Зберегти його у па-

пці Мои докумен-ты\Група....

1. Збирання схеми:

- зібрати коло за принциповою схемою рис.1 звіту про лабораторну роботу. Унаслідок збирання отримуємо схему для дослідження роботи електричного кола, що наведена нижче, де::

- 25 -

•генератор моделюється джерелом синусоїдної напруги (G) з ЕРС

e(t)=Emsin ωt і резистором, опір якого R0 дорівнює внутрішньому опору генератора;

•амперметри РА1-РА5 вимірюють діюче значення змінного струму, що надходить від джерела, а також струми у відповідних гілках схеми;

•вольтметр РV вимірює діюче значення змінної напруги на затискачах навантаження;

•ватметр РW вимірює активну потужність навантаження;

•вимикачі SА1-SА4 вмикають елементи, що досліджуються, у коло;

•осцилограф призначений для візуального контролю миттєвих значень струмів, напруг, потужностей відповідних приймачів;

•з метою отримання осцилограм струмів, у гілках схеми знаходяться давачі струму ВІ, вихідна напруга котрих пропорційна струму.

-згідно з даними варіанта завдання (таблиця 1) виконати розрахунок пара- метрів джерела змінної напруги (табл.2 бланка звіту):

Таблиця 1. Вихідні дані

•частоти мережі змінного струму: f = ω2π ;

•періоду зміни напруги і струму: T = 1 f .

-встановити параметри елементів та приладів, що використовуються в

схемі. Прийняти: R0 = 0,5…1,0 Ом. Урахувати, що вольтметр і амперметри ви- мірюють змінну величину (встановити параметр АС).

2. Визначення параметрів напруги джерела синусоїдного струму:

-підключити осцилограф до джерела синусоїдної напруги. Для цього з’єднати точку 1 схеми з входом каналу А осцилографа:

-увімкнути QF і вимкнути вимикачі SА1-SА4;

-запустити процес моделювання схеми;

-26 -

-отримати на екрані зображення одного-двох періодів синусоїдної напруги (використати розширену модель осцилографа);

-зробити паузу в роботі схеми;

-курсором пересунути червону візирну лінію (1) для вимірювання амплі-

тудного значення Um синусоїдної напруги. При цьому в лівому індикаторному віконці з’являється результат вимірювання напруги – величина VA1;

-скопіювати осцилограму у бланк звіту (рис.3). Записати і звіті значення Um. Визначити діюче значення напруги U і порівняти з результатом вимірюван-

ня UPV.

3. Дослідження уособленого вмикання різних приймачів.

3.1. Вмикання активного приймача (у ролі активного приймача викорис- товують резистор R1):

-з’єднати вихідний затискач І1 давача струму ВІ у гілці з R1 із входом ка- налу В осцилографа;

-увімкнути вимикач SA1;

-відновити процес моделювання схеми на час достатній для установлення показань приладів;

-зробити паузу в роботі схеми;

-записати показання приладів у табл.3;

3.1.1.Визначити фазовий зсув між напругою і струмом. Для цього:

•отримати (у відповідних масштабах) зображення напруги u і струму iR на екрані осцилографа;

•пересунути курсором візирні лінії: червону (1) - у точку перетину си- нусоїди напруги з віссю часу, синю (2) - у точку перетину синусоїди струму з віссю часу (при збільшенні напруги і струму);

•знайти різницю у часі (Т2-Т1) між синусоїдами напруги і струму - ви- світлюється у правому віконці на екрані осцилографа;

•визначити кут зсуву фаз за формулою: φ= 360·(Т2-Т1)/Т;

•скопіювати осцилограму у бланк звіту (рис.4)

3.1.2. Виміряти миттєву потужність на активному приймачі. Для цього:

-з’єднати вхід каналу В осцилографа з точкою Р ватметра РW;

-відновити процес моделювання;

-отримати зображення миттєвої потужності на активному приймачі;

-скопіювати осцилограму миттєвої потужності у бланк звіту (рис.5);

-вимкнути загальний вимикач схеми;

-вимкнути вимикач SA1.

3.2.Вмикання ємнісного приймача (у ролі ємнісного приймача викорис- товують конденсатор С):

-з’єднати вихідний затискач І3 давача струму ВІ у гілці з С із входом кана- лу В осцилографа;

-з’єднати точку 1 схеми з входом каналу А осцилографа;

-увімкнути вимикач SA3;

-запустити процес моделювання схеми на час достатній для установлення показань приладів;

-27 -

-записати показання приладів у табл.4;

-за методикою п.3.1.1 отримати зображення напруги u і струму iС на екрані осцилографа, провести вимірювання кута зсуву фаз і скопіювати осцилограму у бланк звіту (рис.6);

-згідно з п.3.1.2 отримати зображення миттєвої потужності на ємнісному приймачі і скопіювати осцилограму у бланк звіту (рис.7);

-вимкнути загальний вимикач схеми;

-вимкнути вимикач SA3.

3.3.Вмикання індуктивного приймача (у ролі індуктивного приймача використовують котушку індуктивності L):

-з’єднати вихідний затискач І4 давача струму ВІ у гілці з L із входом кана- лу В осцилографа;

-з’єднати точку 1 схеми з входом каналу А осцилографа;

-увімкнути вимикач SA4;

-запустити процес моделювання схеми на час достатній для установлення показань приладів;

-записати показання приладів у табл.5;

-за методикою п.3.1.1 отримати зображення напруги u і струму iL на екрані осцилографа, провести вимірювання кута зсуву фаз і скопіювати осцилограму у бланк звіту (рис.8);

-згідно з п.3.1.2 отримати зображення миттєвої потужності на індуктивно- му приймачі і скопіювати осцилограму у бланк звіту (рис.9);

-вимкнути загальний вимикач схеми;

-вимкнути вимикач SA4.

4.Дослідження одночасного вмикання різних типів приймачів.

4.1.Вмикання активних приймачів

У ролі активних приймачів використовують резистори R1 і R2 (рис.2.а бла- нка звіту)

-з’єднати вихідні затискачі І1, І2 давачів струму ВІ у гілках з R1, R2 з вхо- дами каналів А і В осцилографа;

-увімкнути вимикачі SA1 і SA2;

-запустити процес моделювання схеми на час достатній для установлення показань приладів;

-зробити паузу в роботі схеми;

-записати показання приладів у табл.6;

-отримати (у відповідних масштабах) зображення струмів iR1 та iR2 на екра- ні осцилографа;

-скопіювати осцилограму в бланк звіту (рис.10);

-вимкнути загальний вимикач схеми;

-вимкнути вимикачі SA1 і SA2.

4.2.Вмикання індуктивного і ємнісного приймачів (рис.2.б бланка звіту)

-з’єднати вихідні затискачі І3, І4 давачів струму ВІ у гілках з C i L з входа- ми каналів А і В осцилографа;

-увімкнути вимикачі SA3 і SA4;

-28 -

-запустити процес моделювання схеми на час достатній для установлення показань приладів;

-записати показання приладів у табл.6;

-отримати (у відповідних масштабах) зображення струмів iC та iL на екрані осцилографа;

-скопіювати осцилограму в бланк звіту (рис.11);

-вимкнути загальний вимикач схеми;

-вимкнути вимикачі SA3 і SA4.

4.3. Вмикання активного і ємнісного приймачів (рис.2.в бланка звіту):

-з’єднати вихідні затискачі І1, І3 давачів струму ВІ у гілках з R1 і C з вхо- дами каналів А і В осцилографа;

-увімкнути вимикачі SA1 і SA3.

-запустити процес моделювання схеми на час достатній для установлення показань приладів;

-записати показання приладів у табл.6;

-отримати (у відповідних масштабах) зображення струмів iR та iС на екрані осцилографа;

-скопіювати осцилограму у бланк звіту (рис.12);

-вимкнути загальний вимикач схеми;

ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

-розрахувати параметри кіл, що наведені в табл. 3, 4, 5, 7;

-поставити поруч з добутками U·Іa, U·Іс, U·ІL у табл. 3, 4, 5 буквене позна- чення і одиницю вимірювання потужності, що визначається цим добутком;

-побудувати векторні діаграми струмів і напруг за результатами дослі- дження вмикання різних приймачів: табл. 3, 4, 5;

-побудувати сумарні синусоїди струму за п.4.1-4.3 (на рис.10, рис.11,

рис.12);

-побудувати в масштабі векторні діаграми струмів і напруг за результата- ми досліджень одночасного вмикання приймачів різних типів: табл.6. Отримати вектор сумарного струму і визначити величину струму. Порівняти результати складання із значеннями струму І для кожного випадку в табл.6.

-письмово відповісти на питання:

1.Який енергетичний процес має місце в активному приймачі?

2.На який енергетичний процес використовується напруга і струм ємнісно- го приймача?

3.На який енергетичний процес використовується напруга і струм в ідеа- льному індуктивному приймачі?

4.Чому в схемах рис. 2а, 2б, 2в показання приладу РА1 (струм І), що ви- значає сумарний струм кола, в одному випадку дорівнює арифметичній сумі, в другому – різниці, а в третьому - проміжному значенню?

5.Зробіть висновок: який метод (синусоїд або векторних діаграм) найбільш зручний для складання синусоїдних величин?

-29 -