Лабораторная работа. Электрические цепи переменного тока

Занятие по рабочей программе №11

Дисциплина: «Электротехника и электроника»

Раздел 1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ И МАГНИТНЫЕ ЦЕПИ

Тема 1.3: Электрические цепи переменного тока.

ЛР №6. Исследование трёхфазной электрической цепи при соединении приёмников «звездой».

ЛР №7. Исследование трёхфазной электрической цепи при соединении приёмников «треугольником».

ХОД ЗАНЯТИЯ

1. Ознакомление с темой, целью и планом занятия.

Тема: Электрические цепи переменного тока.

Исследование трёхфазной электрической цепи при соединении приёмников «звездой».

Исследование трёхфазной электрической цепи при соединении приёмников «треугольником».

Цель работы:

1. Исследование трехфазной электрической цепи|цепи| при соединении приемников звездой методом двух ваттметров;

2. Исследование трехфазной электрической цепи|цепи| при соединении приемников треугольником методом двух ваттметров;

3. Научиться выполнять расчет мощности, связанный с измерением методом двух ваттметров.

ПЛАН

1. Инструктаж по технике безопасности

2. Теоретические сведения и методические указания

3. Приборы и оборудование

4. Рабочее задание

5. Составление отчёта

6. Защита лабораторной работы

2. Выполнение практического задания

1. Инструктаж по технике безопасности

При выполнении лабораторной работы запрещается:

1. Производить включение электроприборов без разрешения преподавателя

2. Производить переключения в схеме и ее разборку при включенном электроприборе.

3. Оставлять включенный электроприбор без надзора.

4. Использовать при сборке и разборке электроприборов нестандартный и неисправный инструмент (см. Приложение занятие 4).

2. Теоретические сведения и методические указания

Широко распространено измерение активной мощности в трехфазных цепях|цепи| методом двух ваттметров. Этот метод используют только для трёх проводных систем. На рис. 1 показана одна из возможных схем включения ваттметров W, для мгновенных значений мощности трёх проводной трехфазной системы будет справедливое соотношение:

P = P_A + P_B + P_C = U_A∙I_A + U_B∙ I_B + U_C∙I_C ,

где P_A, P_B, P_C - мгновенные значения мощностей отдельных фаз; U_A, U_B, U_C, I_A, I_B, I_C - мгновенные| значения фазных напряжений| и токов потребителя (нагрузка), фазы которого|какого| соединены по схеме "звезда", так что фазные токи равны линейными.

Выразивши в соответствии с|соответственно| первым законом Кирхгофа значения фазных токов I_A, I_B, I_C – в виде:

I_A = −( I_B + I_C); I_B = −( I_A + I_C); I_C = −( I_B + I_A),

и подставив эти значения в предыдущее|предварительное| соотношение, после преобразований|преобразования,претворения| получим:

P = U_AB∙I_A + U_CB∙I_C ,

где U_AВ, U_CВ - мгновенные| значения линейных напряжений|.

Переходя к|до| среднему значению, то есть активной мощности приемника|приемопередатчика|, имеем

P = U_AB∙I_A∙cos φ_A + U_CB∙I_C∙ cos φ_C ,

где φ_A, φ_C - углы сдвига|смещения| фаз между линейными напряжениями| и токами;

I_A, I_C , U_AВ, U_CВ, - действующие значения линейных токов и напряжений|.

Таким образом, активная мощность трехфазной системы равняется алгебраической сумме показаний двух ваттметров:

P = W₁ + W₂ ,

Метод двух ваттметров применяется для измерения активной мощности в несимметричных трёх проводных трехфазных системах (цепях|окружности|).

Метод двух ваттметров| используется при измерении мощности в трехпроводной| трехфазной цепи не зависимо от схемы соединения и характера нагрузки как при симметрии, так и при асимметрии токов и напряжений|.

Рис.1. Измерения методом двух ваттметров при трёхфазной несимметричной нагрузке

3. Приборы и оборудование

Источник электрической энергии, однополюсный выключатель, соединительные провода, трёх и однополюсный выключатель.

Таблица 1

Перечень приборов и оборудования.

4. Рабочее задание

4.1. Ознакомиться с приборами, определить их тип, систему, номиналы шкал, классы точности, заводские номера. Для ваттметров определить также генераторные и нагрузочные зажимы последовательных и параллельных обмоток. Для двухэлементного ваттметра определить принадлежность обмоток отдельным элементам.

4.2. Собрать схему установки (рис.2), показать её для проверки преподавателю и, получив разрешение, выполнить указания последующих пунктов.

Рис.2. Схема установки для измерения мощности методом двух ваттметров

4.3. Измерить активную мощность при двух разных значениях величины равномерной активной нагрузки:

4.3.1. Включить в каждом ламповом реостате по 4 лампы. Автоматы В1 и В2 отключены.

Включить питание, снять показания приборов.

Измерить напряжение U_АВ; U_ВС; U_СА – на зажимах каждого лампового реостата и линейное напряжение U;

4.3.2. Повторить измерение, включив в каждом ламповом реостате по 2 лампы. Показания всех приборов записать в таблицу 2. Выполняя измерения, следует убедиться в том, что показания ваттметров одинаковые Р1 = Р2 и что показания трёхфазного ваттметра

Р = Р1 + Р2.

4.4. По данным измерений вычислить такие величины:

• активную мощность в трёхфазной цепи Р = Р1 + Р2

• активную мощность каждой фазы Р_ФА = I_A∙U_АС; Р_ФВ = IB∙UB0; Р_ФС = I_ФС∙U_С0

• суммарную активную мощность всех фаз Р ' = P_ФА + Р_ФВ + Р_ФС

Результаты вычислений записать в таблицу. Сравнить величины мощности Р ', Р " и показания трёхфазного ваттметра В.

4.5. Убедись в том, что реактивная мощность во всех случаях измерений составляет

4.6. Измерить активную мощность в трёхфазной цепи при неравномерной активной нагрузке фаз. Для этого установить разные величины нагрузок при помощи ламповых реостатов и повторить все измерения, описанные в п.4.3. Выполнить измерения, произвести необходимые вычисления по формулам, приведённым в п.4.4.

4.7. Измерить активную мощность в цепи при равномерной реактивной нагрузке фаз. Перед измерением отключить ламповый реостат, а автоматом В2 подключить реактивную нагрузку. Включить питание и снять показания приборов.

По данным измерений вычислить:

4.7.1. Активную мощность трёхфазной цепи Р = Р1 + Р2; сравнить мощность Р с показаниями трёхфазного ваттметра;

4.7.2. Коэффициент мощности

cos φ =

4.7.3. Угол сдвига фаз по cos φ

Убедитесь в том, что реактивная мощность не равна нулю.

Q = (P1 – P2) = ∙ ∙sin φ

Примечания: Если при измерениях (пункт 4.7) стрелка одного ваттметра будет отклоняться влево от нуля (отрицательные показания), следует изменить на 180̊ фазу тока в одной из его обмоток (последовательной или параллельной). Мощность цепи в этом случае определяется разностью показаний ваттметров Р = Р1 – Р2 – показания ваттметра с перемкнутыми обмотками.

Такое явление бывает при больших углах сдвига фаз (60˚).

4.8. Создать неравномерную реактивную нагрузку фаз.

Включателем В2 подключить к измеряемой цепи реактивную произвести измерения в последовательности, описанной в пункте 4.7

Закончив измерение, отключить электросеть и вычислить все величины, указанные в предыдущем пункте. Результаты всех вычислений и измерений записать в таблицу 2 и показать преподавателю. Получив разрешение, разработать схему.

Таблица 2

Результаты измерения и вычисления

Примечание. Вывод – сделать самостоятельно.

5. Составление отчёта

Отчёт должен содержать:

1. Тему и цель лабораторной работы.

2. Приборы и оборудование

3. Порядок выполнения работы

4. Схему эксперимента

5. Расчётные формулы и обработку данных.

6. Ответы на контрольные вопросы

7. Выводы о проведённом эксперименте и о достижении цели лабораторной работы

6. Защита лабораторной работы

1. Дать пояснения к схеме проведения эксперимента

2. Дать анализ полученным результатам

3. Ответить на контрольные вопросы

Контрольные вопросы

1. Объяснить схему измерения мощности трехфазной цепи|окружности| трехфазным ваттметром с применением измерительных трансформаторов тока и напряжения.

2. С какой целью применяют переключатель полярности переносных ваттметрах?

3. Как устроен трехфазный ваттметр?

4. Как с помощью|посредством| однофазного ваттметра измерять|вымеривать,вымерять| мощность, потребляемую трехфазным асинхронным электродвигателем?

5. Как с помощью|посредством| двух однофазных ваттметров измерять|вымеривать,вымерять| мощность, потребляемую трехфазным асинхронным электродвигателем?

ДОМАШНЕЕ ЗАДАНИЕ

1. Составить отчёт

2. Ответить письменно на контрольные вопросы.

3. При оформлении работ использовать Условные графические обозначения на электрических схемах (см. Приложение, занятие №5).

Основные источники:

1. Данилов, И.А., Иванов П.М. Общая электротехника с основами электроники. – М. : Высшая школа, 2010. - 752с.

2. Ермуратский, П.В., Лычкина Г.П., Минкин Ю.Б. Электротехника и электроника. — М.: ДМК Пресс, 2011. — 416 с.

3. Электротехника и электроника / Под ред. Б.И. Петленко. – М. : Издательский центр «Академия», 2008.- 320 с.

4. Иванов, И. И., Соловьев, Г. И., Фролов, В. Я. Электротехника и основы электроники. — СПб. : Издательство «Лань», 2012. — 736 с.

Дополнительные источники:

1. Долгов, А.Н. Сборник задач по физике с решением и ответами. Электричество и оптика. – 186с.

2. Зайцев, А.П. Общая электротехника и электроника. – Томск : Томский межвузовский центр дистанционного образования, 2002. – 178с.

3. Козлова, И. С. Электротехника. Конспект лекций. - ЭКСМО, 2008. - 160 с.

4. Мартынова, И.О. Электротехника: учебник / И.О. Мартынова. — М .: КНОРУС, 2015. — 304 с.

5. Петленко, Б.И. Электротехника и электроника. Москва, 2003. – 230 с.

6. Прошин, В.М. Электротехника для неэлектрических профессий. М :. – Академия, 2014. - 456с.

7. Прошин, В.М. Электротехника. М. : - Академия, 2013. – 288с.

Преподаватель: Владимир Александрович Волков