Лабораторные работы по электротехнике и электронике

 
Лабораторные работы по электротехнике
Электрические цепи постоянного тока
ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ
СОЕДИНЕНИЕ НАГРУЗКИ ТРЕУГОЛЬНИКОМ
ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ
ИССЛЕДОВАНИЕ УТРОИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ
ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЧЕТЫРЕХПОЛЮСНИКА
ИССЛЕДОВАНИЕ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ФИЛЬТРОВ
ЧАСТИЧНЫЕ ЕМКОСТИ В СИСТЕМЕ ПРОВОДНИКОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ МАГНИТНОГО ПОЛЯ
Исследование характеристик источника
ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕХОДНЫХ ПРОЦЕССОВ
ИССЛЕДОВАНИЕ ЯВЛЕНИЯ РЕЗОНАНСА
Исследование однофазного трансформатора
Исследование трехфазного асинхронного двигателя
Исследование синхронных микродвигателей
Исследование исполнительного двигателя постоянного тока
ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫЕ ПРИБОРЫ
ИЗМЕРЕНИЕ МОЩНОСТИ
Резонанс токов
ПОВЫШЕНИЕ  КОЭФФИЦИЕНТА МОЩНОСТИ
КРАТКИЕ СВЕДЕНИЯ О ГЕНЕРАТОРАХ
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ ХОЛОСТОГО ХОДА
ОПРЕДЕЛЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИКИ КОРОТКОГО ЗАМЫКАНИЯ
RLC элементы
Трансформатор
Катушка индуктивности
Квазистационарные процессы
Биполярные транзисторы
Каскады на биполярных транзисторах
Дифференциальный усилитель
Полевые транзисторы
Операционные усилители
Практические задания
ОПРЕДЕЛЕНИЕ СДВИГА ФАЗ

Электрические цепи постоянного тока Цель работы Определение выходного сопротивления источника питания; собрать схему делителя напряжения с рассчитанными параметрами схемы.

ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ. СОЕДИНЕНИЕ НАГРУЗКИ ТРЕУГОЛЬНИКОМ Цель работы: изучить цепь трехфазного тока при соединении приемника треугольником в симметричном и несимметричном режимах.

ИССЛЕДОВАНИЕ НЕЛИНЕЙНЫХ ЦЕПЕЙ ПОСТОЯННОГО ТОКА Цель работы - исследование вольтамперных характеристик нелинейных сопротивлений, а также графического метода расчета электрических цепей, содержащих нелинейные элементы (НЭ).

ИССЛЕДОВАНИЕ КАТУШКИ СО СТАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ Цель работы - исследование зависимости параметров схемы замещения и потерь в стали катушки от длины воздушного зазора и напряжения сети.

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ПРИ ПОСЛЕДОВАТЕЛЬНОМ СОЕДИНЕНИИ КАТУШКИ СО СТАЛЬНЫМ СЕРДЕЧНИКОМ И КОНДЕНСАТОРА Цель работы - изучение основных свойств цепи переменного тока с последовательным соединением нелинейной индуктивности и емкости: явление феррорезонанса напряжений и стабилизации напряжения.

ИССЛЕДОВАНИЕ УТРОИТЕЛЯ ЧАСТОТЫ Цель работы - исследование свойств трехфазных цепей, содержащих нелинейные элементы на примере ферромагнитного утроителя частоты.

ИССЛЕДОВАНИЕ ВЫПРЯМИТЕЛЕЙ ОДНОФАЗНОГО И ТРЕХФАЗНОГО ТОКОВ Цель работы - экспериментальное определение основных соотноше­ний напряжений, токов и мощностей в схемах неуправляемых выпрямите­лей переменного тока и анализ временных зависимостей напряжений на различных участках цепи.

УЛУЧШЕНИЕ ФОРМЫ ВЫХОДНОГО НАПРЯЖЕНИЯ СХЕМ ВЫПРЯМЛЕНИЯ ПЕРЕМЕННОГО ТОКА Цель работы - экспериментальное исследование основных соотношений напряжений, токов и мощностей в схемах неуправляемых выпрямителей переменного тока с улучшенным выходным напряжением и анализ временных зависимостей этих напряжений.

Лабораторная работа 8

ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ. СОЕДИНЕНИЕ НАГРУЗКИ ЗВЕЗДОЙ

 Цель работы: изучить цепь трехфазного тока при соединении приемника звездой в симметричном и несимметричном режимах. Определить роль нейтрального (нулевого) провода.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

 Трехфазной системой переменных токов называется совокупность трех однофазных электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе на 1/3 периода и создаваемые общим источником электрической энергии. Трехфазная система была изобретена и разработана во всех деталях талантливым русским инженером М.О.Доливо-Добровольским в 1891 году.

 Источником энергии в трехфазной системе служит трехфазный генератор. В пазах его статора размещены три электрически изолированные друг от друга обмотки (фазные обмотки или просто фазы) генератора. Если ротор генератора двухполюсный, то оси фазных обмоток генератора повернуты в пространстве относительно друг друга на угол 2p/3. При вращении ротора в фазных обмотках статора индуктируются синусоидальные фазные ЭДС. Вследствие симметрии конструкции генератора максимальные Em и действующие Е значения ЭДС во всех фазах одинаковы.

  Соединение фаз (обмоток) генератора может осуществляться по схеме “звезда” или “треугольник”. Фазы трехфазного генератора принято обозначать первыми буквами латинского алфавита: A, B, C. Чередование фаз генератора строго определенное и определяется изменением во времени фазных ЭДС, т.е. в очередности максимумов ЭДС: сначала фазы А, затем через 1/3Т фазы В и через 2/3Т фазы С. Такая последовательность чередования называется прямой.

 Мгновенные значения ЭДС трехфазных обмоток генератора равны:

 eA=Emsinwt eB=Emsin(wt-2/3p) eC=Emsin(wt-4/3p) (1)

 На рис.8.1 показаны графики мгновенных значений фазных ЭДС и три вектора соответствующих им действующих значений ЭДС.

Рис. 8.1

 3 

 Как видно из рис.8.1 сумма мгновенных значений ЭДС в любой момент времени равна нулю, следовательно, геометрическая сумма действующих значений фазных ЭДС генератора также равна нулю:

  eA+eB+eC=0 (2)

 EA+EB+EC=0 

 Согласно рис.8.1, выразим комплексные значения ЭДС трехфазного генератора через одинаковое для всех трех фаз действующее значение E, тогда

 EA=E∙ej0

 ЕB=Е•е-j2/3p  (3)

 EC=Е •е2/3p

 Для получения трехфазной системы необходимо определенным образом соединить также фазы приемника, обычно по схеме “звезда” или “треугольник”.

 B настоящее время трехфазная система является основной для передачи и распределения энергии.

 Фазные обмотки трехфазного генератора можно соединить с тремя приемниками по схеме “звезда”. “Звездой” называется такое соединение, при котором концы фаз соединены в одну общую точку N называемую нейтральной или нулевой, а к началам фаз А, B, C подведены линейные провода. В «звезду» соединяют и фазы нагрузки с нулевой точкой n и началами фаз a, b, c (Рис.8.2).

 

Рис.8.2

 Провод, соединяющий точки N-n, называется нейтральным или нулевым. Провода, соединяющие точки А-а, В-в и С-с, называют линейными.

 Приняв сопротивления всех проводов равным нулю, можно определить токи трех фаз приемника и генератора :

IA=EA/ZA ; IB=EB/ZB ; IC=EC/ZC. (4)

 Токи IA, IB, IC, протекающие по линейным проводам, называют

4

линейными (IЛ). Токи протекающие в фазах генератора и в фазах нагрузки называются фазными токами (Iф). Для соединения “звездой” линейные токи равны фазным, то есть

IЛ=Iф (5)

 Ток в нейтральном проводе по первому закону Кирхгофа равен:

IN=IA+IB+IC (6)

 Приемники с одинаковым сопротивлением всех трех фаз Za=Zb=Zc называются симметричными. При симметричном приемнике IA=IB=IC  и ток в нейтральном проводе IN=0

 Напряжение между началом и концом фазы генератора (или фазы нагрузки) или напряжение между линейным и нулевым проводом называется фазным напряжением. Для генератора и линии электропередачи фазные напряжения (их три) обозначаются так: UA, UB, UC или Uф. Фазные напряжения нагрузки обозначаются так: Ua, Ub, Uc .

 Напряжения между двумя началами фаз генератора (или двумя началами фаз нагрузки) или между двумя линейными проводами называются линейными и обозначаются для генератора и линии электропередачи: UAB, UBC, UCA, или Uл, для нагрузки Uab, Ubc, Uca.

 Рассматривая поочередно контуры abn, bcn, can (рис.8.2) по второму закону Кирхгофа линейные напряжения равны :

UAB = UA - UB

 UBC = UB - UC (7) 

UCA = UC - UA

 Пользуясь этим соотношением, построим векторную диаграмму (рис.8.3а) напряжений для симметричной нагрузки. 

  

 Из рис.8.3а видно, что “звезда” линейных напряжений опережает “звезду” фазных напряжений на 30°. Отсюда из Dnkb:

 UBC/2UB=30° UBC=Ö3*UB, т.е. Uл=Ö3*UФ (8)

 При наличии нейтрального провода условие (8) выполняется как при симметричном, так и при несимметричном приемнике. На Рис.8.3b приведены векторная диаграмма фазных напряжений и топографическая диаграмма линейных напряжений.

 Фазные коэффициенты мощности равны:

  cos φа=Ra/Za ; cos φв=Rb/Zb ; cos φс=Rc/Zc (9)

где φа, φв, φс углы сдвига фаз между фазными напряжениями и фазными токами. 

 При симметричной нагрузке :

 Ia=Ib=Ic=Iф=UФ/Zф (10)

 cos φа= cos φв= cos φс=Rф/Zф

 Ток в нейтральном проводе IN=0, поэтому для подключения трехфазных симметричных установок (нагревательных печей, сушильных установок , электродвигателей и других симметричных установок) применяется трехпроводная цепь. Для осветительной нагрузки наличие нейтрального провода обязательно, так как почти постоянно сохраняется несимметрия. В нейтральном проводе в четырехпроводной осветительной сети запрещена установка предохранителей или выключателей, так как при отключении нейтрального провода фазные напряжения могут стать неравными. В одних фазах напряжение будет больше номинального, в других – меньше номинального. В обоих случаях возможен выход приемника из строя. При этом нарушается цепь защитного зануления.

 Векторная диаграмма напряжений и токов при симметричной активно-индуктивной нагрузке приведена на рис.8.4

 

 

Рис.8.4

 При несимметричном приемнике, например : Za¹Zb¹Zc соотношение IЛ=IФ сохраняется, а соотношение Uл=Ö3*UФ нарушается.

 На рис.8.5 показана векторная диаграмма при увеличении нагрузки в фазе «а», то есть при Za<Zb=Zc, нагрузка активная.

 На рис.8.6 - векторная диаграмма короткого замыкания фазы “а”, что соответствует перемещению нейтральной точки n в точку а, и UA=0, Za=0.

 На рис.8.7 - векторная диаграмма для случая обрыва фазы А, что соответствует Za=¥ нейтральная точка n переместится на середину линейного напряжения вектора Ubc (n1), тогда напряжения на фазах “b” и “c” будут

 Ub=Uc=Ubc/2=Ua/2 (11) 

 Активная мощность фазы при соединении нагрузки “звездой” например, фазы а, равна:

Pa=UaIacosφ.

Активная и реактивная мощности приемников трехфазной цепи при несимметричной нагрузке равны:

P=Pa+Pb+Pc

  Для реактивной мощности знак + при индуктивном характере нагрузки, знак – при емкостном характере нагрузки.

Полная мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке равна:

 S =

 При симметричной нагрузке полная, активная и реактивная мощности приемников трехфазной цепи соответственно равны:

S = Ö3*UЛ*IЛ ; P=Ö3*UЛ *IЛ *cosφФ ; Q=Ö3*UЛ *IЛ *sinφФ

Или S=3SФ = 3UФ*IФ ; P=3PФ=3UФ *IФ *cosφФ ; Q=Ö3*UЛ *IЛ *sinφФ 

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

 В работе измерения электрических величин проводятся с помощью 

приборов непосредственной оценки. На стендах установлены амперметры для включения в каждую фазу. Для измерения тока в нулевом проводе на стендах установлены отдельные приборы. На рис.8.8 приведена принципиальная схема лабораторной работы.

  К клеммам A, B, C и N подводится напряжение 36 В от трехфазного понижающего трансформатора, соединенного по схеме “звезда”/ “звезда” с нулевой точкой с напряжением 380/36 B.

 Приборы A1..А7 и V измеряют линейные и фазные токи и напряжения. В качестве нагрузки трехфазной цепи служат лампы накаливания с Uном=36 В, Рном=40 Вт, включаемые тумблерами SA1-SA3.

 Изменение нагрузки регулируется числом включенных ламп накаливания в каждой фазе. Обрыв фазы осуществляется отключением тумблера SA4. Короткое замыкание проводится путем соединения проводом начала и конца одной из фаз только в трехпроводной цепи. Изучение трехфазной цепи проводится по схеме стенда. 

 Рис.8.8

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА.

Включать стенд в сеть только с разрешения преподавателя.

Во время работы стенда не прикасаться к клеммам.

Не проводите никаких ремонтных работ на стенде, о неисправности доложите преподавателю.

Не касайтесь ламп накаливания во время и после их работы.

Не оставляйте работающий стенд без присмотра.

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

 Приборы и принадлежности.

Выключение стенда осуществляется пакетным выключателем QS, Рис.8.8.

Назначение приборов :

A4 – амперметр для измерения силы тока в нулевом проводе;

A5, А6, A7 – амперметры для измерения силы тока в фазах а, b, c;

V – вольтметр для измерения линейных и фазных напряжений цепи;

Ознакомьтесь с лабораторным стендом. Найдите сетевой выключатель, тумблеры дополнительных нагрузок.

Соберите схему соединения нагрузки звездой с нулевым проводом. Монтажные схемы опыта приведены на стенде. Покажите собранную схему для проверки преподавателю или лаборанту.

Запишите технические данные применяемых приборов. Выключите стенд и установите симметричную нагрузку фаз. Тумблеры SA1, SA2, SA3 должны быть отключены, тумблер SA4 в исходном состоянии должен быть включен.

 По показаниям амперметров в фазах убедитесь в равенстве токов в фазах, а так же в отсутствии тока в нулевом проводе. Измерьте фазные и линейные напряжения.

 Исследуйте нагрузку в четырехпроводной цепи в несимметричных режимах, проделав следующие опыты:

увеличьте (уменьшите) нагрузку в одной из фаз (например, “a”) ;

то же в двух фазах;

обрыв одной из фаз.

 Исследуйте трехпроводную цепь, то есть без нейтрального провода. Для этого выключите автоматический выключатель QF4 в цепи нулевого провода и проделайте следующие опыты:

симметричная нагрузка ( так же, как пункт 3 );

увеличьте (уменьшите) нагрузку в одной из фаз (например, “a”) ;

то же в двух фазах;

короткое замыкание одной из фаз.

 В соответствии с данными табл. 8.1 для всех опытов постройте векторные диаграммы токов и напряжений. Сделайте выводы по работе

по форме, приведенной в лабораторной работе №10 настоящего 

руководства.

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА.

  В работе проводятся прямые, однократные измерения, точность которых оценивается классом точности измерительного пробора (UФ, UЛ, UNn, IФ, IЛ, IN). Результат измерения выражаем двумя числами, например: I=4.00 ± 0,05 A, где 4.00 А – значение измеряемой величины, 0,05 А – абсолютная погрешность измерения. Оценку точности минимальных значений UNn, INn провести по формуле относительной погрешности:

d = ± K(XN/x) ;

где К – класс точности прибора ;

 ХN – нормирующие значения измеряемой величины (верхний предел шкалы прибора);

 x – значение измеряемой величины.

Вычерчивание электрических схем производится в соответствии с ГОСТом.

Построение векторных и топографических диаграмм производится в масштабе.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ.

Какова цель работы и каков порядок ее выполнения ?

Изобразить схему опыта с включением всех приборов. Указать назначение всех приборов.

Написать формулы связи линейных токов и напряжений с их фазными значениями при симметричной нагрузке при соединении в “звезду”. Как определяются величины cos φa, cos φb, cos φc, PФ, PA, PB, PC, P, Q, S?

Рассказать о порядке построения векторной диаграммы напряжений и токов для активной нагрузки.

Каково назначение нулевого провода? В каких случаях по нулевому проводу протекает ток и как он определяется?

Изобразить схему соединения нагрузки “звездой” и включить приборы для измерения фазных и линейных токов, тока в нейтральном проводе.

Почему в нулевой провод никогда не ставят предохранитель?

Изобразите векторную диаграмму напряжений и токов при увеличении нагрузки одной из фаз четырехпроводной цепи.

Изобразите векторную диаграмму напряжений и токов при увеличении нагрузки в двух фазах четырехпроводной цепи.

Изобразите векторную диаграмму напряжений и токов при обрыве одного из линейных проводов в четырехпроводной цепи.

Литература

Касаткин А.С. Электротехника: учебник для вузов / А.С. Касаткин,М.В. Немцов. М.: Издательский центр «Академия, 2005. 542 с.

Золотой дождь прием от бесстыжих куртизанок Владивостока http://vladivostok.prostitutki.fit/girls-services/zolotoj-dozhd-priem/ запомнится на всю жизнь | Массаж в четыре руки - лучшая уcлуга от путан Севастополя http://prostitutki-sevastopolya.xyz/intim-uslugi/massazh-v-chetyre-ruki/ запомнится на всю жизнь | Лечебный массаж - лучшая уcлуга от сучек Ялты http://yalta.prostitutki.buzz/services/lechebnyj-massazh/ подарит ярчайшие впечатления Методика решения задач