50697

Теоретические основы электротехники. Методические указания

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Цель работы: выяснить характер изменения КПД потерь напряжения и мощности в линии передачи а также характер изменения напряжения и мощности приемника при различных режимах работы системы генератор линия приемник.К линии передачи подключить переменную нагрузку рис. Снять зависимость напряжения на приемнике от тока регулируя сопротивление нагрузки в пределах от...

Русский

2014-01-28

308.5 KB

10 чел.

Министерство  образования и науки РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение высшего профессионального образования

«Камская государственная инженерно-экономическая академия»

(ИНЭКА)

Методические указания к лабораторным работам по курсу «Теоретические основы электротехники»

г. Набережные Челны

2012 г.

Методические указания предназначены для студентов дневной и вечерней форм обучения  направления  подготовки 140400.62     «Электроэнергетика и электротехника»  профиль «Электрооборудование автомобилей и тракторов», профиль «Электроснабжение»; направления подготовки   220700.62   «Автоматизация технологических процессов и производств», направления подготовки   220100.62     «Системный анализ и управление».   Приведены программы, теоретические положения и рекомендации по выполнению лабораторных работ.

                            Лабораторная работа №1

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ ПО ЛИНИИ                     ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы: выяснить характер изменения КПД потерь напряжения и мощности в линии передачи, а также  характер изменения напряжения и мощности приемника при различных режимах работы системы генератор - линия - приемник.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1.К линии передачи подключить переменную нагрузку (рис.1). Снять зависимость напряжения на приемнике от тока , регулируя сопротивление нагрузки в пределах от 0 (нагрузка в средней линии закорочена) до ∞(нагрузка в средней части линии отключена).

2. Измерить распределение напряжения вдоль линии в одном из режимов ее работы.

З.Не меняя сопротивление нагрузки (пункт 2),включить приемник в средней части линии и измерить распределение напряжения вдоль линии.

4.По данным пункта 1 рассчитать и построить зависимости в функции тока:

а) мощность источника

б) мощность приемника 

в) потери мощности в линии

г) КПД  линии  

5.По данным пунктов 2 и 3 построить графики распределения напряжения вдоль линии

6.Сделать выводы, объяснить характер полученных кривых.

                                          Рис.1

Пояснения к работе

При проведении всех опытов напряжение в начале линии необходимо поддерживать постоянным (значение  задается преподавателем).

В качестве переменной нагрузки  используется потенциометр  из набора сопротивлений на стенде. В качестве приемника в средней части линии используется сопротивление  из набора сопротивлений на стенде.

Для выполнения пункта 1 рекомендуется сделать 6-7 измерений при различных сопротивлениях нагрузки. Эти сопротивления следует выбирать так, чтобы ток изменялся от 0 до тока короткого замыкания приблизительно через равные интервалы.

Результаты наблюдений по пунктам 1,2,3 и расчетов занести в таблицы 1 и 2.

      Таблица 1

 

   №

  п/п

    Опытные данные

   Расчетные данные

 

 

  

  В

 А

В

                   Вт

   1

   2

   .

   .

   5

Таблица 2

    

   

 

   Распределение напряжения вдоль линии, В

            А

 

 

  

 

 

Все приемники электромагнитной энергии рассчитаны для работы при вполне определенном напряжении. Для каждого приемника имеется допустимые границы напряжения на его зажимах, при переходе которых нарушается его нормальная работа.

Обозначим сопротивление линии и приемника соответственно  и  , а ток в линии  . Тогда потеря напряжения ,а напряжение на приемнике  т.е. потеря напряжения и напряжение на приемнике при постоянном напряжении на входе линии и сопротивлении линии связаны с током линейной зависимостью.

При холостом ходе линии  (приемник от линии отключен), поэтому .  При коротком замыкании нагрузки ,  при  этом  .

Важным является вопрос о коэффициенте полезного действия  линии передачи. Под КПД линии передачи понимается отношение мощности, переданной приемнику, к мощности, подведенной к входным зажимам линии.

Мощность источника  потери мощности в линии   мощность приемника                                                                              
следовательно,

.

Из этого выражения видно, что КПД связан с током линейной зависимостью, причем, если сопротивление нагрузки  то , а если  то  

Исследуем выражение для мощности приемника и определим, при каком значений тока эта мощность будет максимальной.

     Возьмем производную до току,  приравняем ее к нулю.

      

При  имеет место экстремум функции. Так как  то при       функция   имеет максимальное значение.

Ток через приемник

Приравняв        

         

получим соотношение, из которого следует, что в приемнике выделяется максимальная мощность при . При этом КПД  Передача значительных мощностей таким низким КПД недопустима. Но если мощность   мала и составляет всего несколько милливатт (такой мощностью обладают, например, различные датчики устройств автоматики), то с низким КПД можно не считаться, поскольку в этом режиме датчик отдает нагрузке максимально возможную мощность. Выбор величины сопротивления  равного сопротивлению линии называют согласованием нагрузки.

При проектировании линии передачи обычно известны и мощность приемника, и допустимая величина относительной потери напряжения  

, а следовательно, и величина КПД

   

При передаче больших мощностей (например, несколько десятков мегаватт) в реальных линиях передач КПД составляет практически 0,94-0,99, а напряжение на приемнике  лишь на несколько  процентов  меньше .  Ясно, что каждый процент повышения КПД при передаче больших мощностей имеет существенное экономическое значение.    

Для  имеем:

        

Где    - удельное сопротивление проводника линии передачи;

                             -   длина обоих проводов линии;

    -поперечное сечение проводника линии передачи.
Откуда   

         

Из полученного выражения следует, что при заданных  сечение проводов  обратно пропорционально квадрату напряжения.  Поэтому энергию выгодно передавать при высоких напряжениях, так как повышение напряжения в   раз ведет к уменьшению веса проводов  в   раз.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как влияет подключение приемника в средней части линии на напряжение в конце линии?

2.Почему при питании линии от реального источника напряжение на входе линии зависит от режима работы?  Объясните, в каких пределах оно меняется, если сопротивление приемника изменяется от 0 до .

3,Почему при изменении сопротивления нагрузки изменяется напряжение в конце линии?

4.Что такое КПД  линии?

5.Как влияет величина входного напряжения на КЛД линии?

6.При каком условии мощность, развиваемая в нагрузке (в приемнике) максимальна?

7. Почему энергию выгодно передавать по линии на высоком напряжении?

8. Как зависят потери мощности в линии от ее длины при постоянном входном напряжении и неизменном сопротивлении нагрузки?

9. При каком условии напряжение на приемнике практически не зависит от его сопротивления?

10. При каком условии ток в приемнике практически не зависит от величины его сопротивления?

                

                    Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ ПО ЛИНИИ                                    ПОСТОЯННОГО ТОКА

                 (компьютерный вариант)

Цель работы: выяснить характер изменения КПД потерь напряжения и мощности в линии передачи, а также  характер изменения напряжения и мощности приемника при различных режимах работы системы генератор - линия - приемник.

Программа работы.

(Программа: «Elektroniks Workbench».)

Собрать рабочую схему согласно рис.2:

                                        Рис.2

1.2.Для этого вывести на экран:

Один источник постоянной ЭДС и сопротивления согласно варианту из набора элементов; 3 амперметра, 4 вольтметров из «окошка».

1.3. Установить напряжение источника питания; значения сопротивлений согласно варианту (таблица 3). Для этого дважды нажав на ЭДС, а затем на сопротивление, изменить значения напряжения источника питания и сопротивления и установить размерность – Ом ().

1.4.Выполнить необходимые соединения.

 2. К линии передачи подключить переменную нагрузку (рис.2). Снять зависимость напряжения на приемнике от тока ,

 регулируя сопротивление нагрузки в пределах от ∞(нагрузка в средней части линии отключена, что соответствует первой строчке опытных данных) до  0 (нагрузка в средней линии закорочена, что соответствует последней строчке опытных данных). Далее к линии передачи подключить переменную нагрузку  Значения сопротивления следует выбирать так, чтобы ток изменялся от 0 до тока короткого замыкания приблизительно через равные интервалы.

2. Измерить распределение напряжения вдоль линии в одном из режимов ее работы.

З.Не меняя сопротивление нагрузки (пункт 2), включить приемник в средней части линии и измерить распределение напряжения вдоль линии.

4.По данным пункта 1 рассчитать и построить зависимости в функции тока:

а) мощность источника

б) мощность приемника 

в) потери мощности в линии

г) КПД  линии  

5.По данным пунктов 2 и 3 построить графики распределения напряжения вдоль линии

6.Сделать выводы, объяснить характер полученных кривых.

    Таблица 3

№                                                               вар

пар

   1

2

 3

 4

 5

  6

  7

  8

 9

10

220

300

250

350

400

280

240

360

420

230

10

25

30

20

15

35

18

22

34

28

25

20

15

22

30

15

12

14

10

14

35

40

45

38

50

48

52

44

56

42

16

18

20

22

28

10

15

21

25

12

18

12

22

16

22

20

33

23

31

30

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как влияет подключение приемника в средней части линии на напряжение в конце линии?

2. Почему при питании линии от реального источника напряжение на входе линии зависит от режима работы?  Объясните, в каких пределах оно меняется, если сопротивление приемника изменяется от 0 до .

3. Почему при изменении сопротивления нагрузки изменяется напряжение в конце линии?

4. Что такое КПД  линии?

5. Как влияет величина входного напряжения на КЛД линии?

6. При каком условии мощность, развиваемая в нагрузке (в приемнике) максимальна?

7. Почему энергию выгодно передавать по линии на высоком напряжении?

8. Как зависят потери мощности в линии от ее длины при постоянном входном напряжении и неизменном сопротивлении нагрузки?

9. При каком условии напряжение на приемнике практически не зависит от его сопротивления?

10. При каком условии ток в приемнике практически не зависит от величины его сопротивления?

Литература

  1.  Бессонов Л.А. «Теоретические основы электротехники. Электрические цепи» - М.; Гардарики, 2002 г. т.1.
  2.  Электротехника. Учеб. пособие для вузов. Под ред. В.С. Пантюшина. Изд. 2-е, перераб. и доп.  М.: Высшая школа, 1976 г.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

46260. Noun. The category of case 13.31 KB
  The ctegory of cse Cse is morphologicl ctegory of noun showing its reltions to other objects or phenomen mnifested in the noun declension. There re four theories concerning the cse system of English. The first is the ‘limited cse theory’ nd recognizes the system of two cses the common nonmrked member of the opposition nd possessive or genitive cse expressed by the suffix ‘s [s z iz]. The genitive cse of the bulk of the plurl nouns is expressed only by the grphic sign of the postrophe phoneticlly unexpressed.
46261. Значения параметров по умолчанию. Перегрузка функций и операторов. Дружественные функции 13.3 KB
  Дружественная функция объявляется внутри класса, к элементам которого ей нужен доступ, с ключевым словом friend. Дружественная функция может быть обычной функцией или методом другого ранее определенного класса.
46262. Правовая охрана изобретений, полезных моделей и промышленных образцов 13.27 KB
  Патент удостоверяет приоритет авторство изобретения полезной модели или промышленного образца и исключительное право на их использование.В отличие от функций патента срок его действия различается в зависимости от вида объекта промышленной собственности. Так патент на изобретение действует в течение двадцати лет считая с даты поступления заявки в Патентное ведомство.
46263. А.В. Запорожец «Основные проблемы онтогенеза психики» 13.19 KB
  Психологии – сложная динамическая система взаимосвязанных процессов и явлений отдельные процессы развиваются не самостоятельно а в системе. психологии направлены на констатацию происходящих в психике возрастных изменений на изучение причин и законов на установление зависимости изменений от условий жизни ребенка. психологии – наблюдение беседы сбор и анализ продуктов деятти разные виды эксперимента.
46264. Сбор и обработка статистической информации для расчета показателей надежности 13.19 KB
  Для буровых и нефтегазопромысловых машин очень характерно рассеивание хначений показателей надежности. Наряду с особенностями конструкции машин технологии их изготовления большое влияние на разброс показателей надежности оказывают условия эксплуатации техники. Учитывая рассеивание информации о надежности следует установить необходимое количество машин над которыми нужно взять наблюдение как при сборе сведений при эксплуатации оборудования в реальных условиях так и при проведении специальных исследований.
46265. Основные принципы генетического исследования психического развития 13.17 KB
  Основные принципы генетического исследования психического развития. Понятия условий источников и движущих сил психического развития. Генетическая психология интересуется проблемами возникновения и развития психических процессов. Применяемый нами метод писал он может быть методом экспериментально генетическим в том смысле что он искусственно вызывает и создает генетический процесс психического развитияЗадача сводится к тому чтобы экспериментально представить всякую высшую форму поведения не как вещь а как процесс взять ее в...
46266. Выбoр рaциoнaльнoгo спoсoбa вoсстaнoвления детaлей 13.17 KB
  При выборе способа восстановления необходимо учитывать конструктивные особенности детали условия ее работы величину и характер износа материал и термическую обработку размеры восстанавливаемой поверхности технологические возможности ремонтного предприятия надежность работы детали после восстановления затраты на восстановление и т. Определив приемлемые способы ремонта необходимо подробно разработать технологию восстановления детали и определить затраты на восстановление по каждому технологическому процессу. Для того чтобы решить вопрос...
46267. Понятие стадий развития в концепции Пиаже 13.15 KB
  Понятие стадий развития в концепции Пиаже Стадии – это ступени или уровни развития последовательно сменяющие друг друга причем на каждом уровне достигается относительно стабильное равновесие. Пиаже не раз пытался представить интеллектуальное развитие ребенка как последовательность стадий.Процесс развития интеллекта согласно Пиаже состоит из трех больших периодов в течение которых происходит зарождение и становление трех основных структур. Развитие по Пиаже это переход от низшей стадии к высшей.
46268. Этические основы связей с общественностью 13.13 KB
  Существует и ряд кодексов где проф. Это международные и национальные кодексы профессиональной этики: Кодекс профессионального поведения и этики ИПРА 1961 ИПРА МЕЖДУНАРОДНАЯ АССОЦИАЦИЯ ПАБЛИК РИЛЕЙШНЗ Афинский кодекс 1965 Кодекс профессионального поведения института PR ИПР 1986 Европейский Лиссабонский кодекс 1978 кодекс Американского общества паблик рилейшнз 1954 В сентябре 2001 Российская ассоциация по связям с общественностью приняла Российский кодекс профессиональных и этических принципов в области связей с...