Электротехника (схемотехника)

ЗВІТ про лабораторну роботу №3

“ДОСЛІДЖЕННЯ ВМИКАННЯ ІДЕАЛЬНИХ ПРИЙМАЧІВ У КОЛО ЗМІННОГО СТРУМУ”

Рис. 1. Принципова схема вмикання активного, індуктивного і ємнісного приймачів

4. Дослідження одночасного вмикання різних типів приймачів

Таблиця 6.

Перелік осцилограм:

Рис.3. Осцилограма змінної напруги.

Рис.4. Осцилограми напруги і струму на активному приймачі. Рис.5. Осцилограма миттєвої потужності на активному приймачі. Рис.6. Осцилограми напруги і струму на ємнісному приймачі. Рис.7. Осцилограма миттєвої потужності на ємнісному приймачі. Рис.8. Осцилограми напруги і струму на індуктивному приймачі. Рис.9 Осцилограма миттєвої потужності на індуктивному приймачі. Рис.10. Струми у колі з активним навантаженням.

Рис.11. Струми у колі з індуктивно-ємнісним приймачем. Рис.12. Струми у колі з активно-ємнісним приймачем.

- 31 -

Лабораторна робота № 4

“ДОСЛІДЖЕННЯ ПОСЛІДОВНОГО Й ПАРАЛЕЛЬНОГО З’ЄДНАННЯ ПРИЙМАЧІВ У КОЛАХ ЗМІННОГО СТРУМУ”

Мета роботи - дослідження енергетичних процесів при послідовному й парале- льному з’єднанні приймачів у колах змінного струму, визначення параметрів схем заміщення, дослідження методу підвищення коефіцієнту потужності елек- тричних мереж.

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 іншими навчальними посібниками; б) ознайомитись з методичними вказівками до лабораторної роботи; в) підготувати бланк звіту про лабораторну роботу.

АУДИТОРНА РОБОТА ПОРЯДОК ВИКОНАННЯ РОБОТИ.

1. Послідовне з’єднання приймачів у колах змінного струму.

Від генератора (рис. 1 звіту про лабораторну роботу) змінна напруга и (ви- мірюється вольтметр PV1) надходить крізь вимикач QF на затискачі наванта- ження, у якості котрого використовуються послідовно з’єднанні резистор R, ко- тушка індуктивності L і конденсатор С.

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

ты\Група....

1.1. 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:

• генератор моделюється ідеальним джерелом синусоїдної напруги (G) u(t)=Umsin ωt;

- 32 -

•амперметр РА вимірює діюче значення змінного струму (I), що над- ходить від джерела;

•вольтметри РV1-РV5 вимірюють діючі значення напруги на вході ко-

ла (U), на затискачах окремих елементів: R (UR), L (UL), C (UC), а також на затискачах реактивних елементів L i C (UР);

•ватметр РW вимірює активну потужність навантаження (P);

•осцилограф використовується для візуального контролю миттєвих значень струму і напруги кола, а також вимірювання кута зсуву фаз;

-згідно з даними варіанта завдання (таблиця 1) виконати розрахунок пара- метрів джерела змінної напруги:

Таблиця 1. Вихідні дані для послідовного з’єднання

•частоти мережі змінного струму: f = ω2π ;

•періоду зміни напруги: T = 1 f ;

-записати результати розрахунку в табл.2 бланка звіту;

-встановити параметри елементів та приладів, що використовуються в схемі. Урахувати, що вольтметр і амперметри вимірюють змінну величину (встановити параметр АС).

1.2. Дослідження кола з послідовним з’єднанням елементів:

-підключити осцилограф для спостереження напруги кола u. Для цього: з’єднати точку 1 схеми з входом каналу А осцилографа;

-підключити осцилограф для спостереження струму кола i. Для цього: з’єднати точку 2 схеми з входом каналу В осцилографа. Встановити колір цього провідника червоним;

-33 -

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

-зробити паузу в роботі схеми;

-записати показання приладів в рядок 1 табл. 2.2 бланка звіту;

-визначити фазовий зсув між напругою і струмом. Для цього:

•відкрити осцилограф у розширеній модифікації;

•отримати на екрані осцилографа зображення одного-двох періодів си-

нусоїдної напруги з урахуванням Um, Im, T (встановити відповідні масш- таби напруги, струму, часу);

•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 (∆Т=Т2-Т1) між синусоїдами напруги і струму - висвітлюється у правому віконці на екрані осцилографа. Результат запи- сати у рядок 1 табл. 2.2 бланка звіту;

•визначити кут зсуву фаз за формулою: φ=360·(Т2-Т1)/Т і записати у рядок 1 табл. 2.2 бланка звіту;

•скопіювати осцилограму у бланк звіту (рис.2).

1.3.Дослідження явища резонансу напруг у колі з послідовним з’єднанням елементів:

-встановити значення С виходячи з умови XC= XL, враховуючи, що

XC=1/ω·С, а XL= ω·L.

-повторити дослідження за пунктом 1.2. Результати вимірювання записати

врядок 2 табл. 2.2 бланка звіту. Осцилограми напруги і струму скопіювати в бланк звіту (рис.3).

-вимкнути загальний вимикач схеми.

2.Паралельне з’єднання R, L, C елементів у колах змінного струму.

Схема на рис. 5 звіту про лабораторну роботу імітує схему електропоста-

чання промислового підприємства: від генератора змінна напруга u (вимірюєть- ся вольтметр PV1) надходить крізь вимикач QF і ЛЕП на затискачі навантажен- ня, у якості котрого використовуються резистор R, котушка індуктивності L (разом - активно-індуктивне навантаження, яке існує на підприємстві) і конден- сатор С (статичний компенсатор реактивної потужності на підприємстві). Еле- менти R, L, C з’єднанні паралельно.

2.1.Збирання схеми:

-зібрати коло за принциповою схемою рис. 5 звіту про лабораторну роботу. Унаслідок збирання отримуємо схему для дослідження роботи електричного кола, що наведена нижче, де:

•генератор моделюється ідеальним джерелом синусоїдної напруги (G)

u(t)=Umsin ωt;

• амперметри РА-РА3 вимірюють діючі значення змінного струму (I) в нерозгалуженій частині кола, а також струмів Iа, ІL, ІC гілок з елементами R, L, C, відповідно;

- 34 -

•вольтметри РV1-РV3 вимірюють діючі значення напруги на початку ЛЕП (U1), в кінці ЛЕП (U2), а також спад напруги в ЛЕП (∆UЛЕП);

•ватметр РW вимірює активну потужність навантаження (P2);

•осцилограф призначений для візуального контролю миттєвих значень струму, напруги і потужності кола, а також вимірювання кута зсуву фаз;

•вимикач SА вмикає у коло ємність С;

-згідно з даними варіанта завдання (таблиця 3) виконати розрахунок пара- метрів джерела змінної напруги:

Таблиця 3. Вихідні дані для паралельного з’єднання

•частоти мережі змінного струму: f = ω2π ;

•періоду зміни напруги: T = 1 f ;

-35 -

-записати результати розрахунку в табл. 4 бланка звіту;

-встановити параметри елементів і приладів, що використовуються в схемі.

2.2. Дослідження паралельного з’єднання елементів R i L:

-вимкнути вимикач SA (до джерела підключене тільки активне-індуктивне навантаження);

-підключити осцилограф для спостереження напруги кола u. Для цього: з’єднати точку 1 схеми з входом каналу А осцилографа;

-підключити осцилограф для спостереження струму кола i. Для цього: з’єднати точку 2 схеми з входом каналу В осцилографа. Встановити колір цього провідника червоним;

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

-записати показання приладів в рядок 1 табл. 5 бланка звіту.

-за методикою п.1.2 отримати зображення напруги u і струму i на екрані осцилографа, провести вимірювання кута зсуву фаз. Результати записати в ря- док 1 табл. 5 бланка звіту;

-переключити осцилограф для спостереження в каналі В осцилограми мит- тєвої потужності кола (точка 3):

-відновити процес моделювання;

-отримати і скопіювати осцилограми напруги і миттєвої потужності в бланк звіту (рис. 7).

2.3. Дослідження явища резонансу струмів і методу підвищення коефі- цієнту потужності у промислових мережах (компенсації індуктивного струму ємнісним):

-увімкнути вимикач SA (підключити С паралельно L);

-встановити значення С з умови ВC= ВL, враховуючи, що ВC= ω·С, а

ВL=1/ω·L.

-повторити дослідження за пунктом 2.2. Результати вимірювання записати

врядок 2 табл. 5 бланка звіту. Осцилограми напруги і і миттєвої потужності скопіювати в бланк звіту (рис.8).

-вимкнути загальний вимикач схеми.

ОФОРМЛЕННЯ ЗВІТУ

-побудувати в масштабі векторні діаграми напруг для обох рядків табл. 2.2 бланка звіту (рис. 4а і рис. 4б);

-побудувати в масштабі векторні діаграми струмів для обох рядків табл. 5 бланка звіту (рис. 6а і рис. 6б);

-розрахувати відсутні параметри кіл, що наведені в табл. 2.1 і табл.5 бланка звіту;

-письмово відповісти на питання, наведені в бланку звіту.

- 36 -

ЗВІТ про лабораторну роботу № 4

“ДОСЛІДЖЕННЯ ПОСЛІДОВНОГО И ПАРАЛЕЛЬНОГО З’ЄДНАННЯ ПРИЙМАЧІВ У КОЛАХ ЗМІННОГО СТРУМУ”

1. Послідовне з’єднання елементів R, L, C.

Рис.1 Принципова схема кола з послідовним з'єднанням R, L, C

Параметри схеми з послідовним з’єднанням приймачів

Рис. 2. Осцилограми напруги і струму до резонансу напруг. Рис. 3. Осцилограми напруги і струму після резонансу напруг.

- 37 -

а) для першого рядка б) для другого рядка

Рис.4. Векторні діаграми для послідовного з’єднання приймачів.

Відповісти на питання:

1.1.Який характер (активний, активно - індуктивний та ін.) має дільниця кола, що містить послідовне з’єднання R, L, C в обох випадках?

1.2.Від яких параметрів кола залежить зсув фаз ϕ і в яких межах він зміню-

ється?

1.3.За яких умов виникає резонанс напруг? Який зсув фаз при цьому між повною напругою і струмом?

2. Паралельне з’єднання елементів R, L, C.

- 38 -

Дослідження паралельного з’єднання приймачів

Таблиця 5.

Рис.6. Векторні діаграми для паралельного з’єднання приймачів

Рис.7. Осцилограми напруги і миттєвої потужності до резонансу струмів. Рис.8. Осцилограми напруги і миттєвої потужності після резонансу стру-

мів.

Відповісти на питання:

2.1.Які складові має струм у ЛЕП і які потужності надходять за допомогою ЛЕП від генератора до приймача до компенсації?

2.2.До яких позитивних явищ призводить компенсація реактивної потуж- ності приймача, що споживає енергію від реальної ЛЕП? Які потужності при цьому споживаються від джерела, а якими елементи обмінюються на місці?

2.3.Які умови для виникнення резонансу струмів? Який зсув фаз при цьому між повною напругою і струмом?

- 39 -