Исследование трехфазной электрической цепи при присоединении приемников звездой.

Цель работы: изучить и экспериментально исследовать трех и четырехпроводную трехфазные цепи при симметричной и несимметричной нагрузках. Научится строить топографические и векторные диаграммы трехфазных эл. Цепей при соединении приемников звездой. Изучить влияние изменения параметров однофазных приемников, соединенных звездой, на режимы работы трехфазной электрической цепи.

1. Объект и средства исследования

Исследуемую трехфазную цепь собирают из трех однофазных приемников – ламп накаливания, соединяемых звездой и включаемых в четырехпроводную или трехпроводную трехфазную цепь с линейным напряжением U=220 В.

Электрическая схема представлена на рисунке, где А,В,С – фазы трехфазной цепи, 0 – нейтральная точка; А1,А2,А3,Аn – амперметры; U – вольтметр.

1. Подготовка к работе

Ознакомится с трехфазными а. Цепями, обратив особое внимание на на соединение элементов трехфазной цепи звездой.

Выбрать из табл.6.1. значения сопротивления однофазных приемников, включаемых в трехфазную цепь. Номер варианта соответствует номеру бригады. ассчитать значения фазных токов Ia, Ib, Ic, фазных напряжений Ua, Ub, Uc, линейных напряжений Uab, Ubc, Uca, напряжения нейтрали UN, тока нейтрали IN, активных мощностей фаз Рa, Рb, Рc и активной мощности Р трехфазной цепи при соединении потребителей звездой.

Таблица 6.1

Расчет провести для трехпроводной цепи. Сопротивлением проводов пренебречь. Система - ЭДС симметричная с прямой последовательностью фаз Еa= Еb= Еc= 127 В. Для комплексных чисел рассчитать значение модуля и аргумента. Построить векторные и топографические диаграммы напряжений и токов.

Что такое напряжение между нейтралями? Как его определяют?

* 2.4. Составить схему включения однофазных приемников трехфазную цепь при активной нагрузке в фазе А, активно-индуктивной нагрузке в фазе В и активно-емкостной в фазе С. Разработать план экспериментального исследования названной цепи.

3. Рабочее задание

3.1. Собрать схему (см. рисунок).

3.2. Установить с помощью переключателей сопротивления фазных нагрузок в соответствие с вариантом (см. табл. 6.1.). Величину сопротивления установить по измеряемому напряжению и току в фазе. Измерить токи и напряжения в цепи с нейтральным проводом (тумблер К замкнут) и без нейтрального провода (тумблер К разомкнут). Результаты записать в табл.6.2.

Таблица 6.2

Номер опыта	Характер нагрузки	Состояние Электричес-кой цепи	Измерить
Ia, A	Ib, A	Ic, A	Ua, B	Ub, B	Uc, B	In, A	Un, B
		Трехпров.
Четырехпров.
		Трехпров.
Четырехпров.
		Трехпров.
Четырехпров.

Продолжение таблицы 6.2

Сравнить полученные результаты с расчитанными в п.2.2., сделать вывод о роли нейтрального провода при неодинаковой нагрузке в фазах.

3.3. Повторить измерения:

а) при одинаковой нагрузке во всех фазах Ra= Rb= Rc;

б) при отсутствии нагрузки в одной из фаз и равных нагрузках в двух других фазах (Ra= Rb, Rc= ~). Результаты записать в табл.6.2.

3.4. По результатам измерений рассчитать фазные сопротивления Ra, Rb, Rc; активные мощности в каждой из фаз Рa, Рb, Рc; активную мощность для всей цепи Р; комплексное значение напряжения нейтрали UN; комплексные значения фазных напряжений Ua, Ub, Uc.

3.5. Построить в масштабе векторные диаграммы напряжений и токов для всех опытов.

*3.5. Собрать схему по п.2.4. Исследовать эл. цепь в случае несимметричной нагрузки.

Контрольные вопросы

1. Каковы способы изображения симметричной системы ЭДС трехфазного генератора?

Укажите соотношения между фазнцми и линейными напряжениями.

2. В чем преимущество четырехпроводной трехфазной цепи?

1. Какаова роль нейтрального провода? Почему в нейтральный провод не включают предохранители?
2. Почему при симметричной нагрузке нейтральный провод не нужен?
3. Как определяют напряжения и токи в трехфазном симметричном приемнике при обрыве одной из фаз?

Библиографический список

1. Электротехника /Под ред. В.Г. Герасимова. М.: Высш. Шк. 1985. с. 104-121.

2. Борисов Ю.М. и др. Электротехника: Учеб. для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1985. с. 123-149.

Лабораторная работа № 7

Исследование переходных процессов

в электрических цепях.

Цель работы: исследовать процессы, происходящие в неразветвленной цепи, содержащие сопротивление и ёмкость, при включение на постоянное напряжение, а также при разрядке конденсатора на резистор. Выявить зависимости изменения тока и напряжения в функции времени, определить постоянную времени. Исследовать переходные процессы при последовательном соединении резистора, индуктивной катушки и конденсатора. Приобрести навыки применения электронного осциллографа для исследования и измерения параметров быстропеременных периодических несинусоидальных напряжений.

1. Объект и средства исследования

Объектом исследования служит линейная электрическая цепь во ыремя переходного процесса. Электрическая схема установки изображена на рис. 7.1.

Рис 7.1

Если ключ К в положении 1, проиходит заряд конденсатора С через резистор R1.

При нахождении ключа К в положении 2, проиходит разряд конденсатора С через резистор R2. Ключ управляется электронной схемой, которая позволяет одновременно на экране осциллографа получать изображения кривых напряжения и тока на конденсаторе во время его заряда от источника постоянного напряжения U= 0,5 В и разряда на сопротивление R2.

Схема подключения осциллографа к установке изображена на рис. 7.2.

2. Подготовка к работе

Ознакомится с основными особенностями переходных процессов в линейных электрических цепях, обратив особое внимание на зарядку и разрядку конденсатора через резистор.

Выбрать из табл. 7.1. емкость конденсатора С и значение сопротивлений R1 и R2, соответствующие номеру варианта (номер варианта соответствует номеру бригады). Найти закон изменения тока конденсатора ic (t) и напряжения uc (t) в схеме рис. 7.1. при зарядке и разрядке конденсатора С. Значение напряжения U= 0,5 В. Результаты расчетов отобразить в виде графических зависимостей ic (t) и uc (t).

В чем заключается смысл первого и второго законов коммутации?

Назовите два способа графического определения постоянной времени.

Каковы особенности переходных процессов в цепях с последовательным соединением резистора, индуктивной катушки и конденсатора?

Таблица 7.1

3. Рабочее задание

3.1. Собрать схему (см. рис. 7.2.).

Рис. 7.2

3.2. Установить минимальное значение сопротивлений R1 и R2. Значение емкости С установить по табл. 7.1. в соответствие с номером варианта. Включить питание цепи и отрегулировать частоту развертки осциллографа так, чтобы на экране была четко видна большая часть периода повторений Т.

3.3. В соответствии с вариантом установить последовательно два значения сопротивления R2 при минимальном значении R1. Для каждого значения R2 зарисовать кривые напряжения на конденсаторе uc (t) и тока конденсатора ic (t). По полученным кривым определить постоянные времени заряда и разряда конденсатора. Сравнить полученные данные с расчетными. Сделать вывод о влиянии R2 на постоянную времени заряда и разряда конденсатора.

3.4. В соответствии с вариантом установить последовательно два значения сопротивления R1 при минимальном значении R2. Для каждого значения R1 зарисовать кривые напряжения на конденсаторе uc (t) и тока конденсатора ic (t). По полученным кривым определить постоянные времени заряда и разряда конденсатора. Сравнить полученные данные с расчетными. Сделать вывод о влиянии R1 на постоянную времени заряда и разряда конденсатора.

3.5. Уменьшить ёмкость конденсатора С в два раза при вторых значениях R1 и R2 по варианту, зарисовать кривые напряжения uc (t) и ic (t). По полученным кривым постоянные времени заряда и разряда конденсатора. Сделать вывод о влиянии ёмкости конденсатора С на характер переходного процесса.

*3.6. Последовательно с конденсатором С подключить индуктивность L. Исследовать переходные процессы в колебательном, критическом и апериодическом режимах.

Контрольные вопросы

1. Как изменятся графики зависимостей от времени переходного напряжения и тока в цепи, если сопротивление резисторов уменьшится в два раза, а ёмкость конденсаторов увеличится в два раза?

2. Через какой промежуток времени практически завершается разряд конденсатора С через резистор сопротивления R?

3. Каким образом можно ускорить процесс зарядки конденсатора?

4. Каков физический смысл постоянной времени?

5. Определить uc при разрядке конденсатора ёмкостью 50 мкФ на резистор с сопротивлением 500 кОм через время t = 50 с, если начальное напряжение конденсатора U = 200 В.

6. Через время t = т после включения конденсатора ёмкостью 100 мкФ под напряжение 200 В ток в цепи i = 37 мА, определить т.

Библиографический список

1. Электротехника /Под ред. В.Г. Герасимова. М.: Высш. Шк. 1985. с. 122-129, 134-137.

2. Борисов Ю.М. и др. Электротехника: Учеб. для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1985. с. 149-174.

Лабораторная работа № 8

Исследование электромагнитного состояния катушки на ферромагнитном

магнитопроводе в цепи переменного тока.

Цель работы: исследовать электромагнитное состояние катушки с ферромагнитным сердечником. Определить на опыте вольт-амперную характеристику и индуктивное сопротивление обмотки при синусоидальном напряжении. Выявить зависимость потерь от вида сердечника. Определить параметры схемы замещения при синусоидальном потоке.

Исследовать явление феррорезонанса.

1. Объект и средства исследования.

Объектом исследования служит индуктивная катушка с ферромагнитным сердечником и цепь переменного тока.

Электрическая схема измерений изображена на рис. 8.1., где ЛАТР – лабораторный автотрансформатор, Р – ваттметр, А – амперметр, U – вольтметр, L – индуктивная катушка со сменным магнитопроводом и активным сопротивлением Rк = 7,0 Ом.

Рис 8.1

2. Подготовка к работе.

2.1. Ознакомиться с основными особенностями электромагнитных процессов в магнитных цепях переменного тока.

2.2. Выбрать из табл. 8.1. напряжение U, соответствующее номеру варианта (номер варианта соответствует номеру бригады). Определить по графикам (рис. 8.2.) значение тока в катушке I и мощность потерь в цепи Р. Для заданной частоты f = 50 Гц, числа витков катушки N = 500 и активном сопротивлении катушки Rк = 7,0 Ом определить параметры схемы замещения катушки со стальным магнитопроводом Х, Rмаг. и построить в масштабе векторную диаграмму. Потоками рассеяния катушки пренебречь. Определить возможность пренебрежения падением напряжения на Rк при определении Uе – падении напряжения на индуктивном элементе.

Таблица 8.1

Таблица 8.2

2.3. По результатам построений в п. 2.2. определить угол магнитных потерь g, активную составляющую тока Iа и реактивную составляющую Iр.

2.4. Чем определяются потери в магнитном сердечнике?

*2.5. Используя вольт-амперную характеристику катушки со стальным магнитопроводом, построить кривую тока при синусоидальной форме напряжения. Амплитуду напряжения брать из табл. 8.1. в соответствии с номером варианта.

1. Рабочее задание

3.1. Собрать схему (рис. 8.1.).

3.2. Ввести в катушку сердечник, набранный из листовой элекротехнической стали.

3.3. Изменяя напряжение с помощью автотрансформатора, снят показания приборов и занести их в табл.8.2.

3.4. Ввести в катушку сердечник из литой стали и повторить измнрения по п. 3.3.

ВНИМАНИЕ! Перед измерениями регулятор автотрансформатора возвращать в нулевое положение. При измерения не допускать зашкаливания приборов. Не проводить измерений в цепи с катушкой без сердечника.

3.5. По результатам опытов рассчитать параметры исследуемой цепи, указанные в табл. 8.2. При расчетах принебрегают падением напряжения на сопротивлении катушки Rк.

3.6. Построить в масштабе векторные диаграммы цепи для катушки с литым и шихтованным сердечником. Построения провести при напряжении U, равным напряжению по п. 2.2. Сравнить расчетные и экспериментальные данные. Сделать вывод о зависимости потерь от вида сердечника.

3.7. По результатам измерений построить в одной системе координат кривые: I, Pм,

X = f (U). Сделать выводы о ходе вольт-амперной характеристики катушки с магнитопроводом и о зависимости индуктивного сопротивления от значения тока.

*3.8. Включить в схему осциллограф для изучения форм тока в цепи. Зарисовать форму тока при нескольих значениях входного напряжения, включаю значения напряжения по п. 2.5. Сделать вывод о возможности применения комплексного исчесления при описании процессов в катушке с магнитным сердечником.

*3.9. По полученной характеристике рассчитать ёмкость конденсатора феррорезонансного стабилизатора напряжения. Снять вольт-амперную характеристику феррорезонансного стабилизатора напряжения, подключив параллельно с катушкой индуктивности конденсатор с рассчитанной ёмкостью.

Контрольные вопросы

1. Для чего магнитопровод дросселя выполняют из электротехнической стали?

2. Для чего магнитопровод дросселя собирают из отдельных тонких изолированных друг от друга листов электротехнической стали?

3. Как определить сопротивление обмотки дросселя с учетом потерь на перемагничивание магнитопровода и на нагрев обмотки?

4. Как определить параметры схемы замещения дросселя с магнитным сердечником?

5. Почему индуктивность обмотки магнитопровода зависит от тока в обмотке?

6. Изобразите вольт-амперную характеристику обмотки магнитопровода и поясните её ход.

Библиографический список

1. Электротехника: Учебник для неэлектротехнических специальностей вузов /Под ред. В.Г. Герасимова. М.: Высш. Шк. 1985. с. 199-213.
2. Сборник задач по электротехнике и основам электроники /Под ред. В.Г. Герасимова. М.: Высш. Шк. 1987. с. 152-153.
3. Борисов Ю.М. и др. Электротехника: Учеб. для вузов. М.: Энергоатомиздат, 1985. с. 223-247.

Оглавление

ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ_________________________________________________3

Лабораторная работа № 1________________________________________________4

Лабораторная работа № 2_______________________________________________11

Лабораторная работа № 3_______________________________________________15

Лабораторная работа № 4_______________________________________________20

Лабораторная работа № 5_______________________________________________24

Лабораторная работа № 6_______________________________________________28

Лабораторная работа № 7_______________________________________________33

Лабораторная работа № 8_______________________________________________38