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

58344. Формирование конкурентоспособности НА ПРИМЕРЕ ГИПЕРМАРКЕТОВ КОМПАНИИ ЗАО ТД «ПЕРЕКРЕСТОК» «КАРУСЕЛЬ» 133.05 KB
  Система менеджмента должна располагать материальными, финансовыми, трудовыми и другими ресурсами, обеспечивающими реализацию управленческих воздействий. Управленческие воздействия поступают в исполнительные органы как изнутри управляемого объекта...
58352. Підсумковий урок з вивчення орфографії у 5-му класі 55 KB
  Повторити, узагальнити і закріпити знання учнів, здобуті під час Вивчення тем з розділу мови – орфографія. Удосконалювати правописні навички школярів, закріплювати тісний звязок теоретичних знань з практичним їх втіленням.