1.ЦЕЛЬ РАБОТЫ
Экспериментальное исследование основных режимов работы электрических цепей на модели линии передачи электрическои энергии постоянного тока.
2.СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ
2.1. Проведение опыта холостого хода.
2.2. Исследование линии передачи при различных режимах нагрузки..
2.3. Проведение опыта короткого замыкания.
2.4. Построение графиков зависимостей основных параметров режима работы электрической цепи от тока в ней и отображение на графике основных режимов работы электрических цепей.
3.ПРАВИЛА И МЕРЫ ПО ТЕХНИКЕ БЕЗОПАСНОСТИ
При проведении лабораторной работы,кроме выполнения общих правил и мер техники безопасности при работе в электротехнических лабораториях, необходимо выполнять следующие правила техники безопасности:
3.1. Перед тем как приступить к сборке схемы, следует внимательно осмотреть панель стенда ЛЭС-1 и убедиться,чтобы ни в одну из 23 розеток разъемов XI,Х2,…Х21 не была вставлена вилка, так как это может привести к короткому замыканию в цепи при сборке схемы.
3.2. Перед выполнением опыта короткого эамыкания необходимо выключить питающее напряжение и надежно вставить вилку разъема в розетку "короткое замыкание фазы А”.
3.3. 3а нарушение правил и мер по технике безопасности студенты отстраняются от выполнения лабораторной работы и на них налагается дисциплинарное взыскание.
4. ПОДГОТОВКА К ВЫПОЛНЕНИЮ РАБОТЫ
При подготовке к выполнению данной работы студент должен:
4.1. Изучить разделы курса электротехники, посвященные режимам работы электрических цепей и линиям передачи электрической энергии (I,с.25-31;2,с.21-23;3,с.37-39), и при самоконтроле усвоения этого материала ответить на контрольные вопросы.
4.2.Изучить данные методические указания, четко усвоить при этом цель и содержание работы, последовательность ее выполнения, ознакомиться с описанием лабораторного электротехническсго стенда ЛЭС-1, на котором будут выполняться работа, и продумать ожидаемые результаты предстоящих экспериментальных исследований.
4.3. Подготовить бланк отчета по проводимой работе, в котором должны быть:
а) цель работы;
б) схема эксперимента;
в) табица для записи экспериментальных данных.
4.4. Изучить правила и меры по технике безопасности, присущие данной работе, и строго их придерживаться.
4.5. В лаборатории электротехники ознакомиться с лабораторным стендом ЛЭС-1 и той его частью, на которой будет выполняться лабораторная работа.
4.6. При подготовке к выполнению настоящей лабораторной работы следует обратить внимании на то,что электрическая цепь включает в себя источник электрической энергии, приемник этой энергии и соединительные провода. Обычно источник и приемник находятся на значительном расстоянии друг от друга и соединительные провода превращаются в самостоятельное электрическое сооружение-лииию электропередачи -(ЛЭП).Дпя ЛЭП постоянного тока основным электрическим параметром является омическое сопротивление ее проводов Rпр или RЛЭП. Источник электрической энергии Е обладает внутренним сопротивлением Rвн, а нагрузка –сопротивлением Rн. Отсюда схема замещения такой электрической цепи принимает вид, изображенныи на рис.1.
Рис.1. Схема эамещения ЛЭП постоянного тока
В данной цепи такие параметры,как э.д.с. источника Е, сопротивления RЛЭП и Rвн остаются практически неизменными,в то время как сопротивление нагрузки может изменяться в широких пределах ( от 0 до 
),создавая в цепи множество режимов работы. Однако, в практике используются лишь четыре режима: холостого хода(х.х.), короткого замыкания (к.з.), номинальный (ном) и согласованный (сгл).
Режим холостого хода наступает, когда нагрузка отсутствует, т.е. Rн=, а ток в цепи IХХ=0. Следовательно, в этом режиме не будет потерь мощности (ΔP=I2ХХ*R=0), и поэтому здесь к.п.д. цепи в пределе достигнет 100 %. Не будет также и потерь напряжения в цепи, в силу этого напряжения в конце и начале линии будут одинаковы и равны U2=U1=E
Режим х.х. находит применение как испытательный. Например, для данной цепи позволяет опряделить э.д.с. источника.
Режим короткого замыкания будет иметь место при Rн=0 (зажимы нагрузки замкнуты накоротко), в цепи установится ток
Iк.з.=
.
Величина его велика и опасна для источника и ЛЭП, так как может вывести из строя. Поэтому электрические цепи от к.з. защищают автоматами к.з. или предохранителями. В этом режиме всё поступившее на ЛЭП напряжение теряется на сопротивлении проводов: ΔU= Iк.з.*RЛЭП. Очевидно, полезная мощность отсутствует (Pн= I2к.з.*Rн=0) и к.п.д. равен 0, как напряжение U2=0.
Режим к.з. находит применение как испытатальный, экспериментальный, например, для данной цепи позволяет найти сопротивление RЛЭП=U1/IКЗ и внутреннее сопротивление источника: RВН= 
.
Согласованный режим возникает при согласовании сопротивления нагрузки с внутренним сопротивлением системы:
Rн= Rвн + RЛЭП
Характеризуется режим максимальной мощностью в нагрузке:
P2=P2max=
В этом режиме ηсгл=50%, напряжение на нагрузке U=Е/2, ток
Iсгл = Iк.з./2
Согласованный режим используется во всех электрических цепях, передающих ток в качестве информации, сигналов: все системы проводной связи – телефон, телеграф системы автоматики и телемеханики, электронные усилители мощности и т.д. Здесь главным параметром режима является максимальная мощность принятого сигнала в приемнике (в нагрузке), чем и обеспечивается высокая достоверность, надежность и помехозащитность этой электрической цепи(линии). Низкий к.п.д. здесь не играет большого значения, так как передаваемые мощности невелики.
Номинальный, или расчетный, режим характеризуется тем,что параметры этого режима соответствуют расчетным (U2HOM, ηHOM, IHOM, P2HOM) и обеспечивают экономичность и долговечность работы. Так, например, для ЛЭП к.п.д. выбирают в пределах: ηЛЭП HOM=0.95-0.85.
Высокое значение к.п.д. используется при коротких по протяженности ЛЭЛ (кабельные и воздушные в городах,поселках), а меньшее для протяженных линий (сотни километров).
Номинальный режим используется во всех электрических цепях,передающих ток в качестве энергии.Здесь главным критерием выступает высокий к.п.д., т.е. малые потери энергии.
Зависимости основных параметров электрической цепи от тока
U1, U2, ΔU, P2, η = F(I)
представлены на рис.2. Тамже отображено местоположение ординат, определяющих параметры всех четырех режимов.
Зона номинальных режимов для энергетических цепей определяется сопротивлениями нагрузки. RH>>RBH+RЛЭП , т.е. режим работы цепи примыкает, близок к режиму холостого хода, что и обеспечивает высокие экономические показатели: большое значение к.п,д.,малые потери напряжениями ΔU,а следовательно,высокую стабильность напряжения на нагрузке U2.
Рис.2. Графики зависимостей основных параметров ЛЭП от тока
5. ОПИСАНИЕ ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ
Стенд ЛЭС -I служит для выполнения лабораторных работ по электрическим цепям постоянного и переменного токов (лаб.раб. № 1,3,4,5,6), электрическим измерениям (лаб.раб.№11) и аппаратам (лаб.работа № 14 ).
Стенд состоит из двух панелей: правая малая панель является источником питания стенда.Этот источник имезт три выходных напряжения:
- переменное трехфазное от четырехпроводной сети с напряжением 220 В подведено к зажимам А, В, С и N;
- регулируемое переменное однофазное, действующее на клеммах "0 - 250 ", изменяется с помощью лабораторного автотрансформатора (ЛАТРа) и контролируется вольтметром PV6;
- постоянное напряжение 120 В,снимается с зажимов “+” и “-”.
Напряжения на зажимах источников питания отключаются с помощью двух воздушных автоматических выключателей, установленных над клеммами. Каждый автомат снабжен индикатором включения.
Левая большая панель стенда несет на себе 17 электроизмерительных приборов, три однофазные нагрузки из ламп накаливания с клеммами А’-Х’, B’-Y’, C’-Z’, 22 электрических разъема,позволяющих собирать (коммутировать) различные схемы для лабораторных работ.
Принципиальная электрическая схема модели линии электропередачи помещена справа на приборной панели ЛЭС-1, она же приведена на рис.3.
Входными зажимами схемы являются клеммы вольтметра Р\/6, а выходные зажимы линии-отрицательные клеммы вольтметра PV4 и амперметра РА9. Сопротивление проводов реальной ЛЭП в макете заменяет сопротивление проволочного резистора,обозначенного на схеме RЛЭП.
В качестве нагрузки к выходным зажимам линии подключаются параллельно друг к другу три ламповых реостата о клеммами А', В', С' и X', Y', Z'.
Вольтметр РV5иэмпряет напряжение вначале линии (или на входе ЛЭП), вольтметр PV4 -напряжение вконце линии (или на выходе ЛЭП), a амперметр РА9-ток нагрузки.
Часть принципиальной схемы (см.рис.З), изображенная пунктирными линиями,собирается с помощью соединительных проводов с наконечниками. Постоянное напряжение 120 В от источника питания подсоединяется к зажимам PV5 также проводами.
Остальная коммутация осуществляется посредством разъемов X12 и Х13. Для этого в розетки XI2 и XI3, расположенные на панели, необходимо вставить две вилки (короткозамкнутые), хранящиеоя в специальном “магазине”, установленном сбоку стенда ЛЭС-1.
Рис. 3. Принципиальная электрическая схема модели ЛЭП постоянного тока
6 .ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОСТЬ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
6.1. Проведение экспериментов
а)С помощью соединительных.проводов( 4 коротких и 4 длинных) и двух вилок разъемов собрать схему макета ЛЭП (См.рис.3), при этом все лампы нагрузки должны быть выключены (ручка тумблера - в нижнем положении).
б)Провести опыт х.х. и нагрузочные режимы ( от одной до четырех ламп),после чего выключитъ напряжение питания.
в)Для проведения опыта к.з. при обесточенной схеме, с помощью еще одной, третьей вилки разъема, произвести короткое замыкание нагрузки, включив вилку в розетку разъема "Короткое замыкание фазы А”.
Результаты всех экспериментов занести в таблицу.
| Режимы нагрузки |
Измерено |
Вычислено |
||||
| U1 |
U2 |
I |
ΔU |
P2 |
η |
|
| 0 ламп (х.х.) |
||||||
| 1 лампа |
||||||
| 2 лампы |
||||||
| 3 лампы |
||||||
| 4 лампы |
||||||
| кор.зам.(к.з.) |
||||||
6.2. Обработка результатов
а)По результатам измерений для каждого режима нагрузки определить:
-полезную мощность (в нагрузке) P2=U2*I
-коэффициент полезного действия
η = 
= 
= 
*100%
-потери напряжения на сопротивлении проводов ЛЭП
ΔU=RЛЭП*I=U1-U2
б)По результатам измерений и расчетов построить ддя исследованного макета ЛЭП зависимости от тока следующих параметров:
U1, U2, ΔU, P2, η = F(I)
Отобравить на графике положение основных режимов работы ацентрических цепей.
6.3. Выводы по работе
Анализируя подученные экспериментальные данные и построенные графики, следует осветить следующие вопросы;
6.3.1. По полученным экспериментальным данным для модели ЛЭП определять ее номинальные параметры U2HOM, IHOM, P2HOM, ΔU при выбранном ηHOM
6.3.2. В силу каких причин в энергетике не используются режимы, передающие потребителю мощности, близкие или равные максимальной для данной ЛЭП?
6.3.3. Почему не находят npимнения режимы в интервале от максимальной мощности в нагрузке до к.з.?
6.3.4. Какими достоинствами обладала бы ЛЭП, работая при ηHOM=99% и почему подобный режим не используется?
6.3.5. Использование электрических энергетических цепей при ηHOM=90-85% приводит к значительным потерям выработанной электростанцией электрической энергии. Какие же преимущества даёт такой номинальный режим работы и какие недостатки ему присущи?
6.3.6.Ддя исследованной модели ЛЭП определить P2max и величину сопротивления нагрузки при согласованном режиме.
6.4. Содержание отчета
а) Цель работы;
б) Схема опыта (рис.3);
в) Таблица измеренных и вычисленных величин;
г) Выводы по работе (в виде письменных ответов на вопросы п.6.3.);
д) Графики зависимостей важнейших электрических параметров от режима работы электрической цепи.
7. КОТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
7.1. Начертите схему замещения ЛЭП.
7.2. Что такое, режим холостого хода и каковы его параметры? Применение.
7.3. Что такое режим короткого замыкания и каковы его параметры? Применение.
7.4. Что такое номинальный режим? Применение.
7.5. Что такое согласованным режим, каковы его параметры и где он используется?
7.6. Как экспериментально определить RЛЭП, RВН, э.д.с. источника Е?