2курсТОЭ / Лаб_20emf

2. Содержание работы

Источником симметричного трехфазного напряжения является модуль ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (UZ1). Источник создает систему напряжений прямого следования фаз с линейным напряжением UЛ =12 В.

Для измерения токов используются амперметры из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ и мультиметры. Напряжения измеряют вольтметром РV из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ. Трехфазную нагрузку собирают из пассивных элементов блока МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ.

•Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 1П протокола измерений. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ сопротивления фаз

R1 = R2 = R3 . Рекомендуемые значения 100 или 150 Ом.

•Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

•Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ и

тумблер SA1 модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ.

•Симметричный режим. Фазные токи измерить амперметрами РА4; РА5; РА6 из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ 30–100 мА (внутренние сопротив-

ление амперметра RА=16 Ом), линейные токи – амперметрами РА1; РА2; РА3 из блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬНЫЙ (100–300 мА). Вольтметром РV (2–15 В) измерить фазные напряжения Uab , Ubc , Uca на нагрузке. Измеренные значения занести в табл. 1П протокола измерений. Указанный порядок из-

мерений применять в остальных режимах.

•Несимметричный режим. Установить в блоке МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ со-

противление R1 > R2 = R3 . Выполнить измерения и занести данные в табл. 1П. Восстановить симметричный режим.

•Обрыв линии Аа. Разорвать линию Аа в точке х1 амперметра РА1. Выполнить измерения и занести данные в табл. 1П. Восстановить целостность цепи.

•Обрыв фазы ab. Разорвать фазу ab в точке х2 амперметра РА4. Выполнить измерения и занести данные в табл. 1П. Восстановить целостность цепи.

•Включить фазу С на нейтраль N модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТА-

НИЯ (UZ1). Для измерения тока IC используйте амперметр фазы са. Измерения остальных токов и напряжений выполнить согласно данным выше рекомендациям. Измеренные значения занести в табл. 1П.

•Выключить тумблер SA1модуля ТРЕХФАЗНЫЙ ИСТОЧНИК ПИТАНИЯ (UZ1)

и автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

•Протокол измерений утвердить у преподавателя.

73

Работу выполнили: _____________________________________

Работу проверил: ______________________________________

74

3. Содержание отчета

1.Нарисовать схему трехфазной цепи.

2.По результатам измерений построить топографические диаграммы напряжений и векторные диаграммы токов для каждого режима трехфазной цепи.

3. Проверить выполнение выражения P3Ф = 3UЛIЛ cosϕФ в симметричном

режиме работы цепи.

4. Выполнить расчет при включении фазы нагрузки на нейтраль источника.

Отчет по лабораторной работе № 10 «Трехфазная цепь, соединенная треугольником»

Схема исследуемой трехфазной цепи представлена на рис. 1П.

75

Построение диаграмм

По данным табл. 1 в масштабах mU = ___ В/клетка; mI = ___ мА/клетка

построены топографические диаграммы напряжений и векторные диаграммы токов исследованных режимов.

Симметричный режим

Несимметричный режим

Обрыв линии Аа

76

Обрыв фазы ab

Включение фазы С на нейтраль N

Расчет мощности в симметричном режиме

Мощность P3Ф = 3UЛIЛ cosϕФ =____________________________Вт,

P3Ф = 3IA2 RA =________________________Вт.

Расчет при включении фазы нагрузки на нейтраль источника

Комплексные линейные напряжения:

Работу выполнил: _____________________________________

Работу принял: _______________________________________

77

Лабораторная работа № 11 Исследование линейной электрической цепи

несинусоидального периодического тока

Целью работы является экспериментальное подтверждение метода расчета цепи несинусоидального периодического тока.

1. Общие сведения

Периодическую несинусоидальную функцию, например напряжения u(t) = u(t +T ), где Т – период, можно представить тригонометрическим рядом

Фурье

∞

u(t) =U0 +∑(Bk sin kωt +Ck cos kωt) ,

k =1

где U0 – постоянная составляющая; Bk sin kωt, Ck cos kωt – гармонические

составляющие.

Гармоническая составляющая, период Т которой равен периоду u(t) , на-

зывается основной. Остальные гармоники называются высшими.

Расчет линейной электрической цепи несинусоидального периодического тока основан на принципе наложения. Расчет цепи ведут отдельно для постоянной составляющей, основной и двух-трех высших гармоник.

Для расчета токов и напряжений гармонических составляющих используют комплексный метод расчета. При этом следует иметь в виду, что комплексные сопротивления индуктивности Z L (kω) = jkωL = jX L (kω) и емко-

сти Z C =1 jkωC = − jX C (kω) зависят от номера k гармоники. Принцип на-

ложения справедлив только для мгновенных значений несинусоидальных токов и напряжений. Ток и напряжение ветви:

где n номер последней высшей гармоники, принятой в расчете. Действующее значение (например, тока i(t) ) рассчитывается по формуле

n

I = I02 +∑Ik2 ,

k =1

где I0 – постоянная составляющая, Ik −действующее значение k -й гармоники.

Активная мощность цепи равна сумме активных мощностей постоянной и гармонических составляющих

n

P =U0 I0 +∑Uk Ik cosϕk .

k =1

Реактивная и полная мощность определяется по формулам

78

Коэффициент мощности kм = P S = P UI .

Для оценки степени отличия несинусоидальной кривой от синусоиды используют коэффициенты:

1 T

формы kФ = I Iср ( Icp = ∫i(t)dt – средне выпрямленное значение);

T 0

амплитуды kaм = IImax ( Imax – максимальное значение несинусоидального

тока);

искажения kис = I1 I ( I1– действующее значение тока основной гармоники).

2. Содержание и порядок выполнения работы

Влабораторной работе экспериментально подтверждается метод расчета цепи несинусоидального тока, основанный на принципе наложения. Проводится два опыта.

Впервом опыте исследуют электрическую цепь с напряжением на входе

вформе знакопеременных импульсов (рис. 11.1). Ряд Фурье для такого напряжения имеет вид

Источником несинусоидального напряжения в форме знакопеременных импульсов является модуль ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР. Этот модуль также позволяет получить необходимые синусоидальные напряжения.

Пассивные элементы электрической схемы выбирают из блоков МОДУЛЬ РЕАКТИВНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ и МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ. Рекомендуемые значе-

ния: L = 50, 60, 70 или 80 мГн; С = 56, 68 или 82 мкФ. Активное сопротивле-

79

ние Rк катушки измеряют мультиметром. Сопротивление R =10 Ом берут из блока МОДУЛЬ РЕЗИСТОРОВ.

Измерения действующих значений напряжения u и тока i, активной мощности Р и угла сдвига фаз выполняют встроенные в модуль ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ приборы. Для измерения действующего значения напряжения uС служит мультиметр РР блока МОДУЛЬ МУЛЬТИМЕТРОВ. Для получения зависимостей от времени используют ОСЦИЛЛОГРАФ.

•Собрать электрическую цепь по схеме, приведенной на рис. 1П протокола измерений. Тумблер SA2 модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ установить в положение I2.

•Проверить собранную электрическую цепь в присутствии преподавателя.

•Установить в модуле РЕАКТИВНЫЕ ЭЛЕМЕНТЫ заданные преподавателем величины индуктивности L катушки и емкости С конденсатора. Измерить

мультиметром активное сопротивление Rк катушки. Записать эти значения в протокол измерений.

Первый опыт

•Включить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ,

тумблеры Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и SA1 блока МО-

ДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ. Переключатель Форма модуля ФУНКЦИОНАЛЬ-

НЫЙ ГЕНЕРАТОР установить в положение . Регулятором Частота устано-

вить частоту f =50 Гц. Регулятором Амплитуда установить величину действующего значения напряжения U = 7 В.

•Включить ОСЦИЛЛОГРАФ. Настроить нулевое значение сигнала, повернуть ручку регулятора вертикальной развертки до упора по ходу часовой стрелки.

•Подключить Вход 1 осциллографа к источнику. Настроить ручки горизонтальной развертки осциллографа таким образом, чтобы на экране полностью укладывался один период колебаний. Установить переключатель усиления по напряжению таким образом, чтобы максимально использовалась площадь экрана. Используя масштаб mU на переключателе усиления по

напряжению убедиться, что амплитуда входного напряжения составляет

Um = 7 В. В остальных опытах использовать указанный порядок настройки осциллографа.

•Подключить Вход 1 осциллографа к резистору R. Срисовать на кальку с экрана ОСЦИЛЛОГРАФА кривую зависимости uR (t) . На рисунке написать масштаб mU .

•Подключить Вход 1 осциллографа к конденсатору С. Срисовать на кальку с экрана ОСЦИЛЛОГРАФА кривую зависимости uC (t ). На рисунке напи-

сать масштаб mU .

80

•Измерить приборами модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ действующие значения напряжения u и тока i, активную мощность Р. Вольтметром РР блока МО-

ДУЛЬ МУЛЬТИМЕТРОВ измерить напряжение на конденсаторе С. Измеренные значения занести в табл. 1П протокола измерений.

Второй опыт

•В протоколе измерений рассчитать действующие значения гармонических составляющих входного напряжения.

•Переключатель Форма модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР установить в положение .

•Регулятором Амплитуда установить величину действующего значения основной гармоники U(1) входного напряжения.

•Измерить приборами модуля ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ действующие значения напряжения u и тока i, активную мощность Р. Вольтметром РР блока МОДУЛЬ МУЛЬТИМЕТРОВ измерить напряжение на конденсаторе С. Изме-

ренные значения занести в табл. 1П. Указанный порядок измерений ис-

пользовать в следующих опытах.

•Регулятором Частота установить на выходе модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР частоту f =150 Гц. Регулятором Амплитуда установить величину действующего значения третьей гармоники U(3) входного напряжения.

•Выполнить измерения. Измеренные значения занести в табл. 1П.

•Регулятором Частота установить на выходе модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР частоту f =250 Гц. Регулятором Амплитуда установить величину действующего значения пятой гармоники U(5) входного напряжения.

•Выполнить измерения. Измеренные значения занести в табл. 1П.

•Выполнить указанные в протоколе измерений расчеты.

•Прикрепить осциллограммы сигналов к протоколу наблюдений.

•Протокол измерений утвердить у преподавателя.

•Выключить тумблеры Сеть модуля ФУНКЦИОНАЛЬНЫЙ ГЕНЕРАТОР и SA1 блока МОДУЛЬ ИЗМЕРИТЕЛЬ ФАЗЫ. Выключить ОСЦИЛЛОГРАФ.

•Выключить автоматический выключатель QF блока МОДУЛЬ ПИТАНИЯ.

81

Работу выполнили: __________________________________

Работу проверил: ___________________________________

82