Мощности в однофазной цепи синусоидального тока

Цель работы.

Исследовать влияние повышения коэффициента мощности на технико-экономические показатели энергетических систем.

2 Объект и средства исследования

Объектом исследования служит, например, схема замещения асинхронного двигателя с активным R_м и индуктивным L_м элементами. Электрическая схема цепи представлена на Рис.6.1, где V - вольтметр, А – амперметр, W – ваттметр, φ – фазометр, R_м – реостат, L_м – индуктивная катушка, С - магазин конденсаторов. А,B,C, Х, Y, Z, а также а,в,с и х,y,z - клеммы трехфазного трансформатора.

Рис.6.1

2.Подготовка к работе

2.1 Ознакомиться с методами измерения мощности в однофазной цепи синусоидального тока.

2.2 Для заданных значений cos φ_м, тока I_м (где I_м – действующее значение тока, протекающего через катушку индуктивности) частоте 50 Гц и напряжения U_вх = 20 В (табл.6.1.) рассчитать значения активной мощности Р, а также определить сопротивление R_м. Результаты записать в табл.6.2.

2.3 Исследовать зависимости Р, I_м, U_вх, и cos φ_м=f (R_м). Определить сопротивление линии электропередачи R_л, имея ввиду, что в согласованном режиме выполняется условие R_л = R_м.

Таблица 6.1.

Номер варианта
cos φм	0,75	0,79	0,81	0,85	0,87
Iм, А	0,92	0,86	0,82	0,74	0,68

2.4 Для заданного варианта из табл.5.1. рассчитать мощность Q_c батареи конденсаторов и емкость С, которую надо включить параллельно ветви с R_м и L_м, чтобы повысить коэффициент мощности исследуемой цепи до значения, равного 0,98. Результаты занести в табл.6.2.

Таблица 6.2.

Задано	Вычислить при cos = 0,98
Uвх, В	cos φм	Iм, А	Р, Вт	Rм, Ом	Zм, Ом	Qc, ВАр	С, мкФ

3.Рабочее задание

3.1. Получить разрешение преподавателя на монтаж схемы.

3.2 Собрать схему (см. Рис.6.1) с разомкнутым ключом К.

3.3. Подать напряжение на стенд.

3.4.Изменяя положение подвижного контакта реостата R_м, установить заданное преподавателем значение cos φ_м (табл.6.1) и измерить активную мощность Р, ток I_м и напряжение U_вх. Результаты измерений записать в табл.6.3.

3.5 Сравнить измеренные значения с расчетными, полученными в п.2.

Таблица 6.3.

Измерено	Вычислить
Uвх, В	Iм, А	cos φм	Р, Вт	Zм, Ом	Rм, Ом

3.6 Замкнуть ключ B2 и подобрать такое значение емкости С конденсаторов, при котором cos φ станет равным 0,98. Результаты измерений записать в табл.6.4. Сравнить экспериментальное значение емкости с расчетным.

Таблица 6.4.

Задано	Измерить	Вычислить
cos φм	cos φ	I, А	UВХ ,В	С, мкФ	Р, Вт

3.7 Вводя сердечник в катушку, добиться значения коэффициента мощности, равного единице. Снять показания приборов. Рассчитать значение индуктивности при резонансе токов в контуре,когда значение реактивной проводимости параллельного контура b равна нулю. При этом: b = b ₁ + b₂ =0,

где b₁ = b _L = X_L / (R_M ² + X_L ²); b ₂ = - b _C = - 1/ X_C; b _L и b _C – реактивные проводимости соответствующих ветвей.

3.8 Отключить напряжение от стенда.

3.9.Определить мощность потерь в линии электропередачи, соединяющей электрический двигатель с генератором и КПД установки до и после подключения конденсатора С. Сопротивление линии электропередачи принять равным рассчитанному в п.2. Попытаться cделать вывод об эффективности передачи энергии в обоих случаях и о влиянии повышения коэффициента мощности на технико-экономические показатели энергетических систем.

Контрольные вопросы

1. Что характеризует коэффициент мощности?

2. Какие отрицательные последствия вызывает наличие в энергосистеме реактивной мощности?

3. Назовите организационно-технические мероприятия, снижающие реактивную мощность в энергосистеме.

4. Как повышается коэффициент мощности в энергетических системах?

5. Напишите формулы активной, индуктивной, ёмкостной и полной мощностей. В каких единицах измеряются эти мощности?

6. Изобразите векторную диаграмму цепи, которая содержит электродвигатель переменного тока и конденсатор при полной компенсации реактивной мощности.

Расчетные формулы:

Р= U_вх* I_м* cos φ_м= I_м²* R_м - активная мощность цепи;

Z_м= R_м/ cos φ_м - полное сопротивление схемы замещения

асинхронного двигателя;

С = Р*(tg φ_м-tg φ) / 2πfU²_вх - емкость конденсатора;

f=50 Гц - частота переменного синусоидального тока.

Библиографический список

1. Касаткин А.С. Электротехника. Уч. пособ. для неэлектротехнических специальностей вузов. М.: Академия, 2005, 539 с.

2. Касаткин А.С. Электротехника. Уч. пособ. для неэлектротехнических специальностей вузов. М.: Высшая школа, 2003, 542 с.

3. Прянишников В. А. Электротехника и ТОЭ в примерах и задачах: Практическое пособие для высших и средних учебных заведений. М.: Корона, 2008, 366 с.