3.4. Технические средства обеспечения дисциплины

При выполнении лабораторных работ используется программа Multisim компании Electronics Workbench.

3.5. Методические указания к выполнению лабораторных работ Общие указания

В процессе изучения первого раздела дисциплины студенты должны выполнить три лабораторные работы, основной целью которых является закрепление теоретического материала по курсу.

До выполнения лабораторных работ студенты должны прослушать лекции по темам 1.1 и 1.4 или самостоятельно проработать теоретический материал. Перед каждым занятием необходимо ознакомиться с целью, теоретическими положениями, заданием и порядком выполнения работы. Студенты, обучающиеся с применением ДОТ, выполняют лабораторные работы на учебном сайте СЗТУ.

Лабораторные работы проводятся в дисплейных классах университета и представляют собой виртуальное моделирование электрических схем в программе Multisim компании Electronics Workbench.

После выполнения всех лабораторных работ каждый студент должен оформить отчет. На титульном листе отчета указываются название дисциплины, номера и названия лабораторных работ, фамилия, инициалы и шифр студента. Текст отчета должен быть изложен аккуратно, с обязательным приведением цели работы, исходных данных, схем, единиц измерения физических величин, распечаток результатов расчетов. При оформлении отчета оставляются поля шириной 3-4 см для замечаний преподавателя.

К экзамену по дисциплине допускаются студенты, в полном объеме выполнившие лабораторные работы и оформившие отчеты.

Работа №1. Исследование процесса кз в простейшей сети

Цель работы – определение периодической и апериодической составляющих тока КЗ, оценка ударного тока КЗ, исследование влияния на ток КЗ фазы напряжения источника питания и постоянной времени цепи КЗ.

Основные теоретические положения

Трехфазное КЗ является симметричным повреждением. Поэтому анализ переходного процесса в простейшей трехфазной схеме можно проводить для одной фазы, схема замещения которой приведена на рис. 3.5.1.

Пусть в момент времени t=0 замыкается ключ К1, моделируя КЗ на линии W. Ток в линии W в предшествующем режиме равен нулю i(t=0)= 0.

Переходный процесс КЗ будет описываться дифференциальным уравнением

.

Решение этого уравнения имеет вид

i = i_п + i _а = I_{п m} sin(t+–_к) – I_{п m} sin(–_к),

где i_п – вынужденная периодическая составляющая фазного тока КЗ, обязанная своим существованием наличию напряжения U источника;

i_а – свободная апериодическая составляющая фазного тока КЗ, обеспечивающая неизменность тока КЗ в начальный момент времени;

I_{п m} = – амплитуда периодической составляющей тока КЗ;

U_m – амплитуда фазного напряжения источника;

 – фазный угол напряжения источника в момент возникновения КЗ;

_к=arctang – угол сдвига тока в цепи КЗ;

Т_к = – постоянная времени цепи КЗ.

В большинстве практических случаев L>>R, поэтому _к ≈π/2.

Анализ решения дифференциального уравнения показывает, что на величину тока КЗ влияют:

- величина напряжения U источника питания;

- фазный угол  напряжения источника в момент возникновения КЗ;

- постоянная времени Т_к цепи КЗ.

Наличие затухающей апериодической составляющей обусловит изменение тока КЗ во времени. Максимальное мгновенное значение тока КЗ достигается приблизительно через 0,01 секунды после возникновения КЗ. Это значение тока КЗ называется ударным током, рассчитываемым по формуле

i_у = 2 К_у I_n,

где К_у = 1+– ударный коэффициент;

I_n – действующее значение периодической составляющей тока КЗ.

Описание виртуальной модели

Исследуемая электрическая схема (рис. 3.5.1) включает в себя источник питания с напряжением U, работающий на линию электропередачи W с сопротивлением R и индуктивностью L.

В конце линии ключом К1 (или К2) моделируется КЗ. Действующее значение тока КЗ измеряется виртуальным мультиметром (ХММ1 на рис. 3.5.2), включенным в режим амперметра. Мгновенное значение тока КЗ измеряется по каналу А виртуального осциллографа (XSC1 на рис. 3.5.3), куда подается напряжение U_R0 на шунте R0=1 m. Ток КЗ для любого момента времени составит

I_КЗ===1000U_R0, kА.

По каналу В осциллографа измеряется мгновенное значение напряжения U источника.

Рис. 3.5.1. Электрическая схема с измерительными приборами

Рис. 3.5.2. Виртуальный мультиметр, включенный в режиме амперметра (А)

Рис. 3.5.3. Виртуальный осциллограф

Раскрытие виртуального изображения осциллографа и мультиметра осуществляется двойным кликом левой кнопки мышки по схемному изображению приборов.

Изменение параметров схемы (U, L, R и других) осуществляется следующим образом:

- установить курсор на параметре, величину которого нужно изменить, например на значении 500 m резистора R;

- двойной клик левой кнопкой мышки по параметру открывает диалоговое окно «Резистор» (рис. 3.5.4);

- в окне «Сопротивление R» выбирается требуемое значение сопротивления;

- закрытие диалогового окна осуществляется кликом кнопки «ОК».

Запуск моделирования работы схемы осуществляется кнопкой «Пуск» в главном меню, останов – кнопкой «Стоп» (рис. 3.5.5).

Режим КЗ моделируется замыканием ключа К1 или ключа К2.

Замыкание или размыкание ключа К1 осуществляются кликом левой кнопки мышки при подведении курсора к изображению ключа. Замыкание ключа К2 осуществляется автоматически с заданной выдержкой времени (3 ms на рис. 3.5.1) после запуска схемы кнопкой «Пуск».

Рис. 3.5.4. Диалоговое окно изменения параметров схемы

Рис. 3.5.5. Кнопки управления «Пуск» и «Стоп»

Порядок выполнения работы

1. Установить на схеме значения параметров (U, R, L) в соответствии с табл. 3.5.1.

Таблица 3.5.1