Методические указания к выполнению лабораторных работ по теоретической электротехнике Часть (стр. 4 из 9)

Мощность P₂ при этом сначала увеличивается, а затем начинает уменьшаться.

При коротком замыкании в конце линии, когда r₂=0, ток в линии достигает максимального значения I_кз. При этом следует считать, что внутреннее сопротивление генератора, питающего линию, равно нулю

(1.7)

а напряжение U₂ на зажимах потребителя падает до нуля. Мощность P₂ при коротком замыкании также становится равной нулю.

Чтобы определить, при каком значении сопротивления r₂ потребителя мощность P₂ будет максимальной, необходимо взять первую производную по r₂ от выражения для мощности P₂ и приравнять её к нулю, то есть

(1.8)

откуда

(1.9)

Следовательно, мощность, потребляемая нагрузкой, будет максимальной тогда, когда сопротивление приёмника будет равным сопротивлению проводов линии.

Коэффициент полезного действия (КПД) η линии передачи энергии есть отношение мощности на конце линии P₂ к мощности P₁ на входных зажимах линии, то есть

(1.10)

При P₂= P_2max КПД линии

то есть в этом случае половина энергии, отдаваемой питающим генератором в линию, расходуется на нагревание линии. Обычно линии передачи работают с КПД порядка 0.9 .

В данной работе исследование линии передачи энергии производится на модели, изготовленной из нихромовой проволоки, рассчитанной на предельный ток до 3A. В качестве нагрузочных сопротивлений используются проволочные реостаты. Напряжение постоянного тока в начале линии должно быть не выше 30 B.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Зная напряжение сети, выбрать необходимые приборы для исследования падения напряжения и потери мощности в линии при различных нагрузках (рис.1.1).

2.2. Собрать схему соединений рис.1.1. Реостат в схеме должен быть установлен на максимальное сопротивление.

2.3. Изменяя сопротивление реостата, измерить потерю напряжения в каждом проводе линии передачи ∆U` и ∆U`` при различных токах нагрузки, например, при токах

I=0.5; 1; 1.5; 2 и т.д. А.

2.4. Располагая измеренными данными, вычислить ∆U=∆U`+∆U``, ∆Р и

Результаты измерений и вычислений внести в табл. 1.1.

Таблица 1.1

Результаты измерений и вычислений ∆U, ∆Р и r_л

Измерено			Вычислено
I, A	∆U`, B	∆U``, B	∆U=∆U`+∆U``, В	∆Р, Вт	rл, Ом
0,5 1,0 …… …… 3,0

2.5. В общей системе координат построить зависимости ∆U(I) и ∆P(I).

2.6. Рассчитать (по данным опытов в табл.1.1) среднее значение сопротивления r_л и определить эквивалентную длину двухпроводной воздушной линии из медных проводов сечением меди 6 мм² (величину удельного сопротивления меди взять по литературным данным).

2.7. Выполнить схему соединений для исследования передачи энергии при постоянном напряжении U₁ в начале линии (рис.1.2).

2.8. Изменяя сопротивление нагрузки r₂ при поддержке с помощью реостата r₁ постоянства напряжения U₁, увеличивать ток в цепи. Для нескольких значений тока, например, для I=0.5; 1; 1.5; 2 и т.д. А, измерить напряжение в конце линии U₂. (Для того, чтобы при увеличении тока I в нагрузке напряжение U₁ на входе линии сохранялось неизменным, необходимо уменьшать величину сопротивления реостата r₁!).

2.9. На основании измерений по схеме рис.1.2 вычислить P₁, P₂ и r₂.

Полученные данные измерений и вычислений занести в табл. 1.2.

Таблица 1.2

Результаты исследования передачи энергии при постоянном напряжении на входе линии

Измерено				Вычислено
I, A		U1, B	U2, B	Р1, Bт	Р2, Bт	η, %	r2, Ом

2.10. Расчётным путём определить значения I, U₂, P₁, P₂ и η при холостом ходе (r₂=∞, то есть при разомкнутой цепи нагрузки) и при коротком замыкании (r₂=0, то есть при замкнутых накоротко выходных зажимах линии). Напряжение U₁ при этом должно оставаться неизменным.

2.11. В общей системе координат построить кривые зависимостей U₂, P₁, P₂, η и r₂ от тока I (включая режимы холостого хода и короткого замыкания) при U₁=const.

3. Методические указания к оформлению работы

При оформлении отчёта важно чётко разграничить две части работы:

3.1. Исследование падения напряжения и потери мощности в линии в зависимости от тока нагрузки.

3.2. Исследование зависимости напряжения U₂ в конце линии, мощности P₂ и КПД η линии от тока нагрузки при постоянном (неизменном) напряжении U₁ в начале линии.

По каждой части работы в отчёте необходимо привести рабочие схемы, результаты измерений и вычислений в виде соответствующих таблиц, графиков, перечень применяемых приборов (с краткими характеристиками). Выводы сделать по всей работе.

Особое внимание следует обратить на построение графических зависимостей U₂, P₁, P₂, η и r₂ от тока нагрузки. Для каждой из указанных величин необходимо выбрать свой масштаб (однако, для P₁ и P₂ необходимо выбрать один и тот же масштаб).

С целью удобства записи масштаба значений величин система координат должна иметь четыре оси ординат при одном и том же начале отcчёта.

4. Вопросы для самопроверки

4.1. Как будет изменяться напряжение на зажимах приёмника энергии при уменьшении его сопротивления, если напряжение в начале линии неизменно?

4.2. Как определяется ток в линии передачи при коротком замыкании на её конце?

4.3. При каком значении отношения r₂/r_л мощность приёмника P₂ будет максимальной? Каков при этом КПД линии?

4.4. Каково назначение реостата

, включаемого в начале линии?

4.5. Как можно определить КПД η линии?

4.6. Как определяются I, U₂, P₁, P₂, и η при холостом ходе линии?

4.7. Чему равен КПД η линии при максимальном токе нагрузки?

4.8. Как записать условие передачи максимальной мощности от генератора в нагрузку, если r_л=0, то есть, если нагрузка включена непосредственно на зажимы источника?

4.9. Cказывается ли на КПД линии наличие внутреннего сопротивления источника питания?

4.10. Почему напряжение на входе линии, работающей в режиме холостого хода, больше того же напряжения на входе линии, работающей на конкретную нагрузку?

Лабораторная работа 2

ИССЛЕДОВАНИЕ СЛОЖНОЙ ЦЕПИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

Цель работы. Исследование основных свойств линейных электрических цепей постоянного тока: принципа наложения и теоремы об эквивалентном генераторе, а также построение потенциальной диаграммы отдельного контура электрической цепи.

1. Пояснения к работе

Принцип наложения состоит в том, что ток каждой ветви сложной цепи с несколькими источниками определяется алгебраическим суммированием составляющих токов, каждая из которых является функцией только одной ЭДС:

, (2.1)

где

- составляющие токов в ветви n, обусловленные действием ЭДС соответственно.

Знак составляющих токa в ветви

определяется на основании сопоставления направлений этих составляющих и произвольно выбранного положительного направления тока в этой ветви при действии всех источников.