Описание лабораторной установки

В данной работе исследуется электрическая цепь, схема которой приведена на рис. 10.8.

Источником питания является линейное напряжение трехфазной сети переменного тока 220 В частотой 50 Гц лабораторного стенда.

В качестве нелинейной индуктивности используется одна из обмоток трехфазного трансформатора с клеммами высокого напряжения (АХ, ВУ или СZ). Трехфазный трансформатор имеет замкнутый магнитопровод и его легко привести в насыщение.

Батарея конденсаторов (С=0 ÷ 34,75 мкФ ) - на стенде.

     V, V_К – вольтметры электромагнитной системы Э59 с пределом 0 ÷ 600 В ;

     V_С – вольтметр электростатический с пределом 0 ÷ 300 В. Электростатический вольтметр имеет очень большое сопротивление постоянному току 10¹⁴ Ом; если подключить вольтметр электромагнитной системы параллельно емкости, то имитируется емкость с потерями и токами утечки. 

W – ваттметр с пределами по току 1÷ 2 А; по напряжению 75 ÷ 600 В.

ОСЦ – осциллограф типа С1 – 55 (осциллограф покажет временную диаграмму напряжения на внутреннем сопротивлении амперметра, пропорционального току);

ЗАДАНИЕ НА ПОДГОТОВИТЕЛЬНУЮ РАБОТУ

1. Повторить разделы дисциплины «ТОЭ» "Цепи с нелинейным реактивным элементами. Феррорезонансные явления".

2. В табл. 10.1 приведены данные для построения вольт-амперных характеристик индуктивной катушки с учетом потерь.

Таблица 10.1

Для последовательной схемы замещения катушки рассчитать данные для построения ВАХ активного нелинейного сопротивления U_R (I) и ВАХ нелинейной индуктивности U_L (I). Построить эти характеристики.

3. Используя данные табл. 10.2 согласно варианту построить ВАХ линейного конденсатора.

Таблица 10.2

ВАХ всех элементов строятся в одних осях координат.

4. Построить ВАХ цепи с последовательным соединением нелинейной катушки с потерями и конденсатора при изменении тока.

При построении ВАХ цепи расчет проводится для каждой точки заданной вольт-амперной характеристики катушки (табл. 10.1). Для удобства расчетные данные сводятся в табл. 10.3. Формулы для расчета приведены в табл. 10.3. По полученным данным строятся требуемые характеристики.

Таблица 10.3

ВАХ цепи и всех элементов строятся в одних осях координат.

5. На построенной ВАХ цепи указать зоны триггерных эффектов, возникающих при увеличении и при уменьшении напряжения на входе цепи. Указать направление тока на каждом участке.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

1. Для схемы (рис. 10.8) снять вольт – амперную характеристику цепи при питании от "источника тока". Данные эксперимента занести в табл. 10.4.

Для имитации источника тока последовательно с исследуемой цепью включается дополнительное сопротивление (реостат 200 Ом). Если наблюдается триггерный эффект, дополнительно включается 100 -150–омные постоянные сопротивления.

2. На одном чертеже с расчетными графиками по экспериментальным данным построить график зависимости входного напряжения от входного тока U(I) и сравнить его с расчетным.

3. Повторить эксперимент при увеличении и уменьшении напряжения питания. Результат занести в табл. 10.4. При этом с помощью осциллографа снять кривые тока для двух режимов: а) до скачка тока; б) после скачка тока. Объяснить отличия.

4. По полученным данным на одной плоскости с расчетными графиками построить ВАХ цепи при увеличении и уменьшении напряжения источника питания, графики зависимостей U_K(I) и U_C(I) и определить по ним есть ли участок стабилизации напряжения (U_K или U_C)?

5. Используя данные раздела «Измерено» табл. 10.4, заполнить раздел «Вычислено» табл. 10.4.

Для вычисления использовать следующие формулы:

коэффициент мощности;

;

активную и реактивную составляющие напряжения определим, воспользовавшись треугольником напряжений:

, , тогда .

                                                          Таблица 10.4

     По закону Ома находим активное и реактивное сопротивления катушки:

              ; ;  ,

откуда индуктивность катушки

              ,

так как частота питающей сети f=50 Гц.

     На той же плоскости, где построены все ВАХ, построить графики зависимостей R_Э(I), L_Э(I).

6. По экспериментальным данным построить векторные диаграммы напряжений для схемы рис. 10.8 до и после скачка.

7. Сделать вывод по работе.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Поясните вид кривой намагничивания магнитопровода катушки.

2. Поясните вид вольт-амперной характеристики катушки с ферромагнитным сердечником?

3. Почему разомкнутый сердечник трудно довести до насыщения?

4. В чем принципиальное отличие феррорезонанса напряжений от резонанса напряжений в линейных цепях?

5. Как снять N-образную характеристику в лабораторной работе?

6. При каких условиях в электрической цепи возникают феррорезонансы напряжений и токов?

7. Как в лабораторной работе был получен феррорезонанс напряжений?

8. Как получить феррорезонанс токов?

9. Что в электротехнике называют триггерным эффектом?

10. Как в лабораторной работе получить триггерный эффект?

11. Как влияют потери в катушке на форму несинусоидального тока?

12. Как в лабораторной работе изменялась эквивалентная индуктивность L_Э и R_Э?

13. Поясните порядок построения векторной диаграммы в лабораторной работе.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Данное учебное пособие содержит материал, необходимый для проведения лабораторных работ дисциплины «Теоретические основы электротехники». Эта дисциплина является одной из основных общетехнических дисциплин, на которой основывается изучение многих специальных дисциплин.

Темы лабораторных работ, приведенных в пособии, охватывают практически все разделы изучаемой дисциплины: цепи постоянного и однофазного переменного токов, трехфазные цепи, цепи с несинусоидальными периодическими токами и напряжениями, четырехполюсники, переходные процессы в линейных электрических  цепях постоянного тока,  анализ нелинейных цепей постоянного и переменного токов. Порядок проведения лабораторных работ соответствует порядку изучения перечисленных тем в дисциплине «Теоретические основы электротехники».

Данное учебное пособие поможет студентам самостоятельно готовиться к выполнению лабораторных работ, а также будет полезно при непосредственном выполнении работы и оформлении результатов эксперимента.

Лабораторный практикум также может использоваться студентами других специальностей, изучающих дисциплины «Теоретические основы электротехники».

ПРИЛОЖЕНИЕ