Инструкционная карта по выполнению лабораторной работы № 2

1.Тема учебной программы: «Электрические цепи постоянного тока».

2.Тема работы: «Исследование работы линии электропередачи, расчет потерь напряжения и мощности в проводах».

3.Цель работы: Научить анализировать работу линии электропередачи, рассчитывать потери напряжения и мощности в проводах, КПД линии электропередач.

4.Материально-техническое оснащение:

лабораторный стол с комплектом оборудования, электроизмерительные приборы, соединительные провода.

5.Теоретическая часть:

Уменьшение напряжения в линии по мере удаления от источника вызвано потерями напряжения в проводах линии: Δ U= U₁ -U₂. Вследствие потерь энергии в линии электропередачи, напряжение в её конце (у потребителей) может оказаться настолько пониженным, что работа устройств-потребителей не будет соответствовать нормам. Потеря напряжения численно равно падению напряжения в линии:

U= I∙ R_л= I∙ ρ ∙ 2∙ ℓ /S, т.е. Δ U=U.

Понижение напряжения на лампах накаливания вызывает резкое уменьшение их светоотдачи, а у электродвигателей снижается частота вращения и уменьшается устойчивость к перегрузкам. Поэтому потеря напряжения в линии не должна превышать допустимых значений.

По действующим нормам допустимая потеря напряжения в сетях, связанных с осветительными приборами, не должна быть больше, чем 2, 5%, а в сетях, питающих электродвигатели -7% номинального напряжения.

При передаче электроэнергии по коротким проводам их сопротивлением и потерями напряжения можно пренебречь. При длине проводов более 10м в линии происходит значительное падение напряжения и сопротивлением проводов пренебрегать нельзя.

В процессе передачи и распределения электрической энергии потери напряжения в проводах обычно учитываются величиной «потери мощности». Потери мощности в линии можно определить двумя способами:

Δ P= Δ U∙ I = (U₁ - U₂)∙ I или Δ P =I²∙ R_л.

Очевидно, что уменьшение потерь напряжения и мощности в проводах достигается либо путём уменьшения силы тока в проводах, либо уменьшением сопротивления проводов. При заданной допустимой потере напряжения в линии Δ U_ном можно определить необходимое сечение проводов линии из формулы:

S =2∙ I∙ ρ ℓ / Δ U_ном,

где ρ – удельное сопротивление проводов линии, ℓ -длина проводов линии, S -сечение провода линии.

Для передачи определённой мощности при меньшей силе тока необходимо повышать напряжение в линии: P= U∙ I (Вт).

Эффективность передачи электроэнергии потребителям по линиям электропередачи характеризуется коэффициентом полезного действия.

КПД линии электропередач определяется отношением мощности, отдаваемой электроприёмнику, к мощности, поступающей в линию, либо через отношение напряжений получаемого электроприёмником и поступающего в линию:

η = P₂/ P₁=U₂/U_1.

6.Практическая часть:

-измерение параметров линии электропередачи;

-вычисление потери напряжения и мощности в проводах.

6.1.Техника безопасности при выполнении работы:

Перед выполнением сборки цепей убедиться, что лабораторный стол обесточен. При выполнении работы не прикасаться к неизолированным проводам, соединительным зажимам и другим частям цепей, которые могут оказаться под напряжением. Любые изменения в схеме производить только после отключения питания. При возникновении во время выполнения работы неисправностей оборудования или приборов немедленно выключить напряжение питания и сообщить о неисправности преподавателю.

6.2.Описание выполнения задания:

- ознакомиться с измерительными приборами;

- определить предел измерения и цену деления приборов;

- определить технические характеристики приборов.

6.2.1.Собрать электрическую цепь по схеме (рис.1).

-предъявить собранную электрическую цепь преподавателю для проверки.

-убедиться, что указатель лабораторного автотрансформатора на рабочем столе установлен в положение «0 постоянный ток»;

-вольтметр1 (U₁) присоединить в начале линии между Кл14 и Кл15, вольтметр2 присоединить параллельно лампам (U₂);

-в режиме холостого хода (лампы выключены) включите цепь, установить вращением ручки лабораторного автотрансформатора в начале цепи, указанное преподавателем рабочее напряжение;

-включите одну лампу, убедитесь в изменении показаний вольтметров. Измерьте силу тока в цепи амперметром, записать полученные значения напряжения и силы тока в таблицу1.

Таблица1

-включить две лампы; убедиться в изменении показаний вольтметров и амперметра, записать полученные значения напряжения и силы тока в таблицу1.

-провести измерения с тремя работающими лампами, потом четырьмя, записать полученные значения напряжения и силы тока в таблицу1;

-отключить питание линии после проведения всех измерений.

6.2.2.Собрать электрическую цепь по схеме (рис.1), используя в качестве линии две катушки со стальными проводами;

-показать собранную цепь преподавателю для проверки;

-убедиться, что указатель лабораторного автотрансформатора на рабочем столе установлен в положение «0 постоянный ток»;

- вольтметр1 (U₁) присоединить в начале линии между Кл14 и Кл15, вольтметр2 присоединить параллельно лампам (U₂);

-в режиме холостого хода (лампы выключены) включить напряжение в цепи; -установить вращением ручки лабораторного автотрансформатора в начале цепи напряжение, указанное преподавателем;

-включить одну лампу, убедиться в изменении показаний вольтметров и амперметра, измерить силу тока в цепи, записать полученные значения напряжения и силы тока в таблицу1.

-включить две лампы; убедиться в изменении показаний вольтметров и амперметра, записать полученные значения напряжения и силы тока в таблицу.

-провести измерения с тремя работающими лампами, потом четырьмя, записать полученные значения напряжения и силы тока в таблицу1;

-отключить питание линии после проведения всех измерений.

6.3.Требования к оформлению отчета:

Отчет о лабораторной работе выполнить в тетради для лабораторных работ или на листах формата А4. В отчет должны быть внесены: № группы, ФИО учащегося. Отчет должен содержать название раздела, темы работы, цели работы, схемы, графики, таблицы, основные расчетные формулы; таблицы и схемы электрических цепей чертить карандашом с применением чертежных инструментов.

-перечертить в отчет схему электрической цепи последовательного соединения (рис.1) и таблицу1;

-определить потерю напряжения в линии по показаниям вольтметров

Δ U₁ = U₁ -U₂, результаты вычислений записать в таблицу1;

-вычислить сопротивление проводов линии R_л = 2ρ ∙ ℓ /S, где ρ - удельное сопротивление линии, ℓ -длина линии, S -сечение проводов линии, результаты вычислений записать в таблицу1;

-вычислить предполагаемую потерю напряжения в линии по формуле Δ U₂ =I∙ R_л, результаты вычислений записать в таблицу1;

-вычислить потери мощности в проводах линии по формулам Δ P₁= Δ U₁ ∙ I или Δ P₂=I² ∙ R_л, результаты вычислений записать в таблицу1;

-вычислить коэффициент полезного действия линии η = (U₂ / U₁)H100%, результаты вычислений записать в таблицу1;

-проанализировать результаты измерений и вычислений, записать выводы.

6.4.Контрольные вопросы:

Указать методы определения потери напряжения на участке цепи.

Объяснить от чего зависит сопротивление линии электропередачи.

Указать методы определения потери мощности в линии электропередачи.

Привести формулу для определения сечения провода, исходя из заданной потери напряжения в линии.

6.5.Используемая литература:

Свириденко Э. А., Китунович Ф.Г. Основы электротехники и электроснабжение. Мн., 2008.