УДК 621.313. Исследование линии электропередачи постоянного тока: Методические указания по выполнению лабораторной работы по курсу “ Электротехника” / Курск

Исследование линии электропередачи постоянного тока: Методические указания по выполнению лабораторной работы по курсу “ Электротехника” / Курск. гос. техн. ун-т; Сост.: К.Л. Пестерев, А.С.Романченко

. Курск, 2006 .

Рецензент канд. техн. наук, доцент кафедры вычислительной

техники В.И. Иванов

Излагаются методические рекомендации по выполнению лабораторной работы по курсу “ Электротехника”. Проводится исследование линии электропередачи постоянного тока в различных режимах работы.

Предназначены для студентов машиностроительного факультета специальностей 1502, 1205, 1706,1201,1213

Табл.1. Ил.4. Библиогр.: 4 назв.

Текст печатается в авторской редакции

Редактор О.А. Петрова

ЛР № 020280 от 09.12.96. ПЛД № 50-25 от 01.04.97.

Подписано в печать . Формат 60´84 1/16. Печать офсетная.

Усл.печ.л. .Уч.–изд. Л. .Тираж экз.

Заказ .

Курский государственный технический университет.

Издательско-полиграфический центр Курского государственного университета. 305040 Курск, 50 лет Октября, 94.

Работа №2.

Исследование линии электропередачи постоянного тока.

Цель работы.

1. Изучение линии передачи низкого напряжения в различных режимах при неизменном напряжении источника электрической энергии.

2. Снятие характеристик линии передачи постоянного тока низкого напряжения.

Подготовка к исследованиям.

1. Ознакомиться с целью и порядком проведения работы. Заготовить отчёт.

2. Изучить по рекомендованному учебнику:

- Общая электротехника / Под ред. А.Т. Блажкина. – Л.: Энергоатомиздат, 1986. (Гл. 1, §§1.1, 1.2, 1.4, 1.5).

- Борисов Ю.М. и др. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1985 (гл.1 §1.1-1.10).

- Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983 (гл.1 §1.2-1.10,1.18).

- Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. – М.: Высшая школа, 1984 (гл.1 §1.1-1.6).

Предварительные сведения.

Линией передачи называется промежуточное звено, соединяющее источник электрической энергии с её приёмником.

На рисунке 2.1 представлена электрическая схема цепи с линией передачи, где источник и приёмник структурно не раскрыты (представлены в виде двухполюсников). Провода линии передачи постоянного тока обладают сопротивлением, определяемым по формуле:

, (1)

где – удельное сопротивление материала, из которого изготовлены провода ;

l – длина проводов линии передачи (для двухпроводной линии передачи равна удвоенной длине линии передачи) (м);

А – площадь сечения проводов (мм²).

Схема на рисунке 2.1 может быть представлена схемой замещения, изображённой на рисунке 2.2. От данной схемы перейдём к эквивалентной ей схеме электрической цепи, представленной на рисунке 2.3. Проведём анализ этой схемы, представляющей собой простую электрическую цепь, для которой справедлив второй закон Кирхгофа (считаем, что .

, (2)

где – напряжение в начале линии передачи;

– напряжение в конце линии передачи (на нагрузке);

– падение напряжения (или потери напряжения) в линии передачи, которое можно определить как:

(3)

Умножая левую и правую часть уравнения (2) на I, получаем основное энергетическое соотношение для рассматриваемой электрической цепи:

(4)

Произведение напряжения на ток есть мощность. Поэтому (4) запишется в виде:

(5)

Из полученных уравнений можно определить ряд величин: характеризующих работу линии передачи (характеристики линии передачи).

1. Напряжение в конце линии передачи (на приёмнике):

(6)

2. Мощность, отдаваемая линией передачи нагрузке:

(7)

3. К.п.д. линии передачи:

(8)

Сила тока I характеризует величину нагрузки.

По отношению к нагрузке линию передачи и источник электроэнергии можно рассматривать как двухполюсник. Поэтому как для всякого двухполюсника для линии передачи возможны четыре режима работы (номинальный режим, режим холостого хода, режим короткого замыкания, согласованный режим).

1. Номинальный называется режим, при котором электротехническое устройство работает со значениями тока, напряжения, мощности, на которые оно рассчитано заводом-изготовителем и которые называются его номинальными (паспортными) значениями. Большинство электротехнических устройств рассчитывается и для работы именно в номинальном режиме.

2. Режимом холостого хода (ХХ) называется режим, при котором сопротивление нагрузки равно бесконечности (разрыв электрической цепи). При данном режиме справедливо следующее:

; ; ; ;

3. Режимом короткого замыкания (КЗ) называется режим, при котором сопротивление нагрузки равно нулю. В этом случае сопротивление цепи равно сопротивлению линии передачи и справедливо следующее:

; ; ; ; .

Для большинства электрических цепей и устройств режим короткого замыкания является аварийным.

4. Согласованным называется режим, при котором величина мощности нагрузки имеет максимальное значение. Для определения нагрузки при этом режиме находим производную и приравниваем её к нулю:

, отсюда = .

Таким образом, согласованный режим возникает при равенстве сопротивлении линии и нагрузки. Для данного режима справедливо следующее:

; ; .

Согласованный режим находит применение, например, в линиях связи, где К.п.д. линии не является определяющим фактором, но где необходимо в приёмнике иметь максимальную мощность.

Описание экспериментальной установки.

Исследования проводятся на стенде ЛЭС-5, напряжение на который подаётся с помощью блока включения. Для понижения напряжения до заданного значения используется лабораторный автотрансформатор (ЛАТР), подключенный к фазному напряжению трёхфазного источника питания. Для получения постоянного тока используется мостовой выпрямитель, собранный из диодов Д1–Д4. Линия передачи имитируется проволочным резистором R₄. В качестве нагрузке используется реостат РСПС с максимальным значением сопротивления 31 Ом. Схема экспериментальной установки приведена на рисунке 2.4. На этой схеме PV1 – вольтметр на 75В типа Э533, служит для измерения напряжения источника питания (напряжения в начале линии передач); PA – амперметр на 1А типа Э525, служит для измерения тока в цепи; PV2 – вольтметр на 30В типа Э532, служит для измерения напряжения в конце линии электропередачи.

Порядок выполнения работы.

1. Ознакомиться с приборами и аппаратурой, применяемыми в работе.

2. Собрать электрическую схему (рисунок 2.4), дать проверить её лаборанту или преподавателю и после этого не касаться токоведущих частей.

3. Переключателем В1 отключить нагрузку и выключателем Q блока включения подать на стенд напряжение. С помощью автотрансформатора установить напряжение в начале линии передачи в пределах 18-22В (величину напряжения задаёт преподаватель). Записать показание приборов в таблице 2.1 (режим холостого хода).

4. Установить движок нагрузочного реостата в крайнее нижнее положение, подключить переключателем В1 нагрузку к линии передачи и, поддерживая напряжение U₁ равным напряжению холостого хода, уменьшать сопротивление нагрузки, записывая показания приборов в таблицу 2.1. Последний замер произвести при полностью выведенном реостате (R_H=0 – короткое замыкание).

5. Отключить стенд от сети. Не разбирая схемы, показать результаты измерений преподавателю.

Содержание отчёта.

1. По полученным экспериментальным данным подсчитать значения , Р1, Р2, , η и внести их в таблицу 2.1.

2. На основании данных таблицы 2.1 построить характеристики линии передачи:

, , , , , .

3. Определить сопротивление линии передачи, используя выражение , и внести в таблицу 2.1. Подсчитав среднеарифметическое значение , по известному удельному сопротивлению стали и сечению провода А=0,5 мм² определить длину линии передачи l:

.

4. По заданным удельным сопротивлениям меди и алюминия и тем же значениям сечений и длине линии, что и в пункте 3 содержания отчёта, подсчитать сопротивление линии передачи, ток короткого замыкания и сравнить их с данными таблицы 2.1.

№№ пп	Измерено	Вычислено	Примечание
В	В	А	Вт	Вт	Вт	Вт	–	Ом
			Режим ХХ
			Согласованный Режим
			Режим КЗ

Контрольные вопросы.

1. От чего зависит падение напряжения в линии?

2. Объяснить вид характеристик линии передаче.

3. Какие режимы работы линии передачи Вы знаете?

4. От чего зависит ток короткого замыкания линии передачи?

5. При каком условии линия передачи передаёт нагрузке наибольшую мощность? Когда применяются линии, работающие в этом режиме?

6. Как изменяются характеристики линии электропередачи, если её выполнить из алюминиевого провода?

7. Как изменяются характеристики линии электропередачи, если вместо алюминиевого провода взять медный провод?

8. Как изменятся падение напряжения и потери мощности в линии передачи, если увеличить площадь сечения проводов?

БИБЛИОГРАФИЧЕСКИЙ СПИСОК

1. Общая электротехника / под ред. Блажкина А.Т. Л.: Энергия, 1986 (разд.1.1 – 1.5)

2. Борисов Ю.М., Липатов Д.Н. Электротехника М.: Энергоатом издат, 1985 (разд. 1.1 – 1.10)

3. Касаткин А.С., Немцов М.В. Электротехника. – М.: Энергоатомиздат, 1983 (разд.1.2-1.10,1.18)

4. Иванов И.И., Равдоник В.С. Электротехника. – М.: Высш. школа, 1984 (разд.1.1-1.6)