prosdo.ru
добавить свой файл
1
Лабораторная работа №1


ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ ПО ЛИНИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА
Цель работы: выяснить характер изменения КПД потерь напряжения и мощности в линии передачи, а также характер из­менения напряжения и мощности приемника при различных режи­мах работы системы генератор - линия - приемник.
ПРОГРАММА РАБОТЫ

1.К линии передачи подключить переменную нагрузку (рис.1). Снять зависимость напряжения на приемнике от тока , регулируя сопротивление нагрузки в пределах от 0 (нагрузка в средней линии закорочена) до ∞(нагруз­ка в средней части линии отключена).

2. Измерить распределение напряжения вдоль линии в одном из режимов ее работы.

З.Не меняя сопротивление нагрузки (пункт 2),включить прием­ник в средней части линии и измерить распределение напряжения вдоль линии.

4.По данным пункта 1 рассчитать и построить зависимости в функ­ции тока:

а) мощность источника

б) мощность приемника

в) потери мощности в линии

г) КПД линии

5.По данным пунктов 2 и 3 построить графики распределения напряжения вдоль линии

6.Сделать выводы, объяснить характер полученных кривых.

Рис.1
Пояснения к работе

При проведении всех опытов напряжение в начале линии необходимо поддерживать постоянным (значение задается преподавателем).


В качестве переменной нагрузки используется потенциометр из набора сопротивлений на стенде. В качестве приемника в средней части линии используется сопротивление из набора сопротивлений на стенде.

Для выполнения пункта 1 рекомендуется сделать 6-7 из­мерений при различных сопротивлениях нагрузки. Эти сопротив­ления следует выбирать так, чтобы ток изменялся от 0 до тока короткого замыкания приблизительно через равные интервалы.

Результаты наблюдений по пунктам 1,2,3 и расчетов занести в таблицы 1 и 2.

Таблица 1





п/п

Опытные данные

Расчетные данные















В

А

В

Вт

1






















2






















.

.











































7
























Таблица 2







Распределение напряжения вдоль линии, В

А





































Все приемники электромагнитной энергии рассчитаны для работы при вполне определенном напряжении. Для каждого при­емника имеется допустимые границы напряжения на его зажимах, при переходе которых нарушается его нормальная работа.

Обозначим сопротивление линии и приемника соответственно и , а ток в линии . Тогда потеря напряже­ния ,а напряжение на приемнике т.е. потеря напряжения и напряжение на приемнике при постоян­ном напряжении на входе линии и сопротивлении линии связаны с током линейной зависимостью.


При холостом ходе линии (приемник от линии от­ключен), поэтому . При коротком замыкании нагрузки , при этом .

Важным является вопрос о коэффициенте полезного дейст­вия линии передачи. Под КПД линии передачи понимается отношение мощности, переданной приемнику, к мощности, подведен­ной к входным зажимам линии.

Мощность источника потери мощности в линии мощность приемника
следовательно,

.

Из этого выражения видно, что КПД связан с током ли­нейной зависимостью, причем, если сопротивление нагрузки то , а если то

Исследуем выражение для мощности приемника и определим, при каком значений тока эта мощность будет максимальной.


Возьмем производную до току, приравняем ее к нулю.



При имеет место экстремум функции. Так как то при функция имеет максимальное значение.

Ток через приемник

Приравняв

получим соотношение, из которого следует, что в приемнике выделяется максимальная мощность при . При этом КПД Передача значительных мощностей таким низким КПД недопустима. Но если мощность мала и составляет всего несколько милливатт (такой мощностью обладают, напри­мер, различные датчики устройств автоматики), то с низким КПД можно не считаться, поскольку в этом режиме датчик отдает нагрузке максимально возможную мощность. Выбор вели­чины сопротивления равного сопротивлению линии называют согласованием нагрузки.

При проектировании линии передачи обычно известны и мощность приемника, и допустимая величина относительной потери напряжения


, а следовательно, и величина КПД



При передаче больших мощностей (например, несколько десятков мегаватт) в реальных линиях передач КПД составляет прак­тически 0,94-0,99, а напряжение на приемнике лишь на несколько процентов меньше . Ясно, что каждый процент повышения КПД при передаче больших мощностей имеет существенное экономическое значение.

Для имеем:



Где - удельное сопротивление проводника линии передачи;

- длина обоих проводов линии;

-поперечное сечение проводника линии передачи.
Откуда


Из полученного выражения следует, что при заданных сечение проводов обратно пропорционально квадрату напряжения. Поэтому энергию выгодно передавать при высоких напряжениях, так как повышение напряжения в раз ведет к уменьшению веса проводов в раз.



КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1.Как влияет подключение приемника в средней части линии на напряжение в конце линии?

2.Почему при питании линии от реального источника напряже­ние на входе линии зависит от режима работы? Объясните, в каких пределах оно меняется, если сопротивление приемника изменяется от 0 до .

3,Почему при изменении сопротивления нагрузки изменяется напряжение в конце линии?

4.Что такое КПД линии?

5.Как влияет величина входного напряжения на КЛД линии?

6.При каком условии мощность, развиваемая в нагрузке (в приемнике) максимальна?

7. Почему энергию выгодно передавать по линии на высоком напряжении?

8. Как зависят потери мощности в линии от ее длины при постоянном входном напряжении и неизменном сопротивлении нагрузки?

9. При каком условии напряжение на приемнике практически не зависит от его сопротивления?

10. При каком условии ток в приемнике практически не зависит от величины его сопротивления?

Лабораторная работа

ИССЛЕДОВАНИЕ ПЕРЕДАЧИ ЭНЕРГИИ ПО ЛИНИИ ПОСТОЯННОГО ТОКА

(компьютерный вариант)

Цель работы: выяснить характер изменения КПД потерь напряжения и мощности в линии передачи, а также характер из­менения напряжения и мощности приемника при различных режи­мах работы системы генератор - линия - приемник.

Программа работы.


(Программа: «Elektroniks Workbench».)

  1. Собрать рабочую схему согласно рис.2:



Рис.2

1.2.Для этого вывести на экран:

Один источник постоянной ЭДС и сопротивления согласно варианту из набора элементов; 3 амперметра, 4 вольтметров из «окошка».

1.3. Установить напряжение источника питания; значения сопротивлений согласно варианту (таблица 3). Для этого дважды нажав на ЭДС, а затем на сопротивление, изменить значения напряжения источника питания и сопротивления и установить размерность – Ом ().

1.4.Выполнить необходимые соединения.

2. К линии передачи подключить переменную нагрузку (рис.2). Снять зависимость напряжения на приемнике от тока ,

регулируя сопротивление нагрузки в пределах от ∞(нагруз­ка в средней части линии отключена, что соответствует первой строчке опытных данных) до 0 (нагрузка в средней линии закорочена, что соответствует последней строчке опытных данных). Далее к линии передачи подключить переменную нагрузку Значения сопротив­ления следует выбирать так, чтобы ток изменялся от 0 до тока короткого замыкания приблизительно через равные интервалы.

2. Измерить распределение напряжения вдоль линии в одном из режимов ее работы.

З.Не меняя сопротивление нагрузки (пункт 2), включить прием­ник в средней части линии и измерить распределение напряжения вдоль линии.

4.По данным пункта 1 рассчитать и построить зависимости в функ­ции тока:

а) мощность источника

б) мощность приемника

в) потери мощности в линии

г) КПД линии

5.По данным пунктов 2 и 3 построить графики распределения напряжения вдоль линии


6.Сделать выводы, объяснить характер полученных кривых.

Таблица 3

№ вар

пар

1

2

3

4

5

6

7

8

9

10



220

300

250

350

400

280

240

360

420

230



10

25

30

20

15

35

18

22

34

28



25

20

15

22

30

15

12


14

10

14



35

40

45

38

50

48

52

44

56

42



16

18

20

22

28

10

15

21

25

12



18

12

22

16

22

20

33

23

31

30


КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Как влияет подключение приемника в средней части линии на напряжение в конце линии?

2. Почему при питании линии от реального источника напряже­ние на входе линии зависит от режима работы? Объясните, в каких пределах оно меняется, если сопротивление приемника изменяется от 0 до .

3. Почему при изменении сопротивления нагрузки изменяется напряжение в конце линии?

4. Что такое КПД линии?

5. Как влияет величина входного напряжения на КЛД линии?

6. При каком условии мощность, развиваемая в нагрузке (в приемнике) максимальна?

7. Почему энергию выгодно передавать по линии на высоком напряжении?

8. Как зависят потери мощности в линии от ее длины при постоянном входном напряжении и неизменном сопротивлении нагрузки?

9. При каком условии напряжение на приемнике практически не зависит от его сопротивления?

10. При каком условии ток в приемнике практически не зависит от величины его сопротивления?

Литература



  1. Бессонов Л.А. «Теоретические основы электротехники. Электрические цепи» - М.; Гардарики, 2002 г. т.1.

  2. Электротехника. Учеб. пособие для вузов. Под ред. В.С. Пантюшина. Изд. 2-е, перераб. и доп. М.: Высшая школа, 1976 г.