Министерство образования Российской Федерации
Пермский Государственный Технический Университет
Кафедра электротехники и электромеханики
Лабораторная работа № 1
«Исследование режимов работы линии электропередачи
с помощью схемы замещения»
Цель работы: изучение энергетического процесса и распределения напряжений в схеме замещения 2-х проводной линии электропередачи при постоянной величине напряжения в начале линии в зависимости от тока в линии, определяемого количеством включенных потребителей электрической энергии.
№
п/п
Наименованное
прибора
Заводской
номер
Тип
Система
измерения
Класс
точности
Предел
измерений
Цена деления
1
Вольтметр
Э34
ЭМ
1.0
300 В
10 В
2
Вольтметр
Э34
ЭМ
1.0
300 В
10 В
3
Амперметр
Э30
ЭМ
1.5
5 А
0.2 А
табл. 1. Паспортные данные электроизмерительных приборов.
Теоретические сведения
Для теоретического и экспериментального изучения процессов в двухпроводной линии электропередачи пользуются эквивалентной схемой замещения (рис. 1), где Rл – сопротивление линии; Rн – эквивалентное сопротивление всех подключенных потребителей; I – ток в линии; U1 – напряжение в начале линии; U2 — напряжение в конце линии (у потребителя).
/>
С учетом принятых обозначений:
/>/>
/>
/>
Энергетический процесс в схеме характеризуется следующим соотношением мощностей:
мощность, отдаваемая генератором в линию />
мощность потерь электрической энергии в линии />
мощность, отдаваемая линией потребителю (мощность нагрузки) />
Коэффициент полезного действия линии />определяется как отношение мощностей P2 и P1:
/>
Если ток в цепи выразить через отношение мощности потребителя к напряжению потребителя и подставить это выражение в формулу для мощности потерь электрической энергии в линии, то получается следующее выражение:
/>
Согласно этому выражению, при постоянной мощности нагрузки P2 величина потерь в линии обратно пропорциональна квадрату напряжения, т.е. электрическую энергию экономично переда-вать при высоких напряжениях. Однако с ростом напряжения увеличивается стоимость изоляции линии.
Рабочее задание
/>
1. Собираем схему, показанную на рис. 2.
В качестве потребителей используются лампы накаливания, включенные параллельно. При увеличении числа включенных ламп их эквивалентное сопротивление будет уменьшаться, а ток в цепи увеличивается.
В качестве аналога линии электропередачи используются два проволочных реостата. Общее сопротивление линии:
/>
Максимальный ток будет при коротком замыкании в конце линии:
/>,
сопротивление Rл устанавливаем такой величины, чтобы ток короткого замыкания был близок к пределу измере-ния амперметра и не превышал номинального тока проволочных реостатов.
2. Изменяя величину тока от 0 до Iк, снимаем показания для 10 точек. Показания приборов и результаты вычислений записываем в табл. 2.
Измерено
Вычислено
I
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>
/>/>
А
В
В
Ом
Вт
Ом
о.е.
215
215
-
40,44
-
1
1,2--PAGE_BREAK--
215
160
55
45,83
258
192
133,3
0,744
1,4
215
150
65
46,43
301
210
107,14
0,698
2,0
215
123
92
46
430
246
61,5
0,572
2,2
215
118
97
44,09
473
259,6
53,7
0,549
2,6
215
100
115
44,23
559
260
38,5
0,465
3,0
215
85
130
43,33
645
255
28,3
0,395
3,2
215
75
140
43,75
688
240
23,4
0,349
3,3
215
70
145
43,94
710
231
21,2
0,326
3,5
215
60
155
44,29
753
210
17,1
0,279
5,0
215
215
43
1075
табл. 2. Опытные и расчетные данные.
Вывод: по построенным графикам видно, что напряжение на входе U1 остается постоянным, сила тока при этом возрастает от 0 до 5,0 А. Падение напряжения на потребителе U2 уменьшается в диапазоне от 215 до 0В, разность напряжений ΔU возрастает.
Напряжение U2, мощность, отдаваемая генератором в линию P1, КПД и ΔU линейно зависят от силы тока I; мощность P1 возрастает от 0 до 1075 Вт, напряжение U2 падает от 215 до 0 В, КПД от 1 до 0. Мощность нагрузки P2 от силы тока зависит квадратично и достигает наибольшего значения около 260 Вт, сила тока при этом равна 2,6 А, а КПД η = 0,50.
В режиме холостого хода сопротивление цепи стремится к бесконечности, сила тока при этом равна 0 А, КПД равно 1. В режиме короткого замыкания сопротивление нагрузки равно 0, при этом сила тока достигает наибольшего значения
/>.