Исследование передачи электрической энергии на постоянном токе
Лабораторная работа № 2
Исследование передачи электрической энергии
на постоянном токе.
Краткое содержание работы
Лабораторная работа нацелена на изучение закономерностей передачи электрической энергии на постоянном токе от источника в нагрузку, например через некоторою промежуточную цепь (линию). Эти закономерности являются первой ступенью изучения передачи энергии от источника в нагрузку в самом общем случае, например на переменном токе при передаче энергии в нагрузку через распределенную цепь.
Изучение закономерностей проводиться на простейшей модели, состоящей из источника напряжения с некоторым внутренним сопротивлением и нагрузки. При этом предполагается, что потери в цепи, связывающей генератор и нагрузку, учтены во внутреннем сопротивлении генератора.
Исследуются следующие основные характеристики процесса в зависимости от сопротивления нагрузки и сопротивления источника:
- мощность в нагрузке Рн;
- коэффициент полезного действия .
Подготовка к работе.
При подготовке к работе необходимо ознакомиться с методическими указаниями, рабочим заданием, изучить учебную литературу и ответить на следующие вопросы:
- Какой режим передачи по цепи называют холостым ходом и коротким замыканием, и какой коэффициент передачи энергии в нагрузку соответствует этим режимам.
- Дайте определение коэффициента передачи энергии в нагрузку для реальной цепи, и от чего он зависит.
- Приведите зависимости Uн –напряжение на нагрузке, U-падение напряжения на сопротивлении генератора, Pг –мощность генератора, Pн , -определены выше в зависимости от величины тока между источником и нагрузкой.
- Получите теоретически выражения для условия передачи максимальной мощности от генератора к нагрузке для реальной цепи и реальных условиях.
- Как изменится эффективность передачи энергии от источника к нагрузке в реальных условиях, если повысить напряжение или увеличить ток в цепи при соблюдении условия передачи одной и той же мощности в нагрузку путем изменения сопротивления нагрузки.
Рабочее задание
- Собрать схему для исследований в соответствии с рис. 2.1 и вариантом задания в табл. 2.1.
U
RГ
EГ
Рис 2.1
Табл. 2.1
|
№ вар
|
1
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
8
|
9
|
10
|
|
|
|
Eг ( В )
|
12
|
16
|
16
|
20
|
21
|
10
|
15
|
18
|
24
|
18
|
|
|
|
Rн ( ОМ)
|
20
|
20
|
25
|
25
|
30
|
20
|
20
|
25
|
25
|
20
|
|
|
|
Rг ( В )
|
5
|
8
|
4
|
6
|
4
|
4
|
6
|
5
|
8
|
10
|
|
|
2. .Изменяя нагрузку от ХХ (Rн= 100 кОм) до КЗ (Rн=0), исследовать работу схемы и оценить передачу мощности в нагрузку. Результаты занести в табл.2.2.
табл.2.2
|
Режим
по Rн
|
№ п/п
|
Eг
|
Измерять
|
Рассчитать
|
|
|
|
|
Uн
|
Iн
|
U
|
Pг
|
Pн
|
P
|
|
Rн
|
|
ХХ
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Промежуточные
значения Rн
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
КЗ
|
10
|
|
|
|
|
|
|
|
|
|
- Исследовать передачу в нагрузку заданной мощности Pн , которая рассчитывается по исходным данным табл.2.1, при различных напряжения генератора. При этом Eг изменяется от 0.1 до 100 В и подстраивается (если это возможно) значение сопротивления нагрузки до такой величины, чтобы при заданном значении Eг в сопротивлении нагрузки выделялась заданная мощность Pн - const. Рассмотреть все возможные случаи значений Rн. Результаты занести в табл.2.3.
Табл. 2.3
|
№ п/п
|
Измерять
|
Вычислять
|
|
|
Ег
|
Uн
|
Iн
|
U
|
Pг
|
Pн
|
|
|
1
|
|
|
|
|
|
|
|
|
2
|
|
|
|
|
|
|
|
|
3
|
|
|
|
|
|
|
|
|
4
|
|
|
|
|
|
|
|
|
5
|
|
|
|
|
|
|
|
|
6
|
|
|
|
|
|
|
|
|
7
|
|
|
|
|
|
|
|
|
8
|
|
|
|
|
|
|
|
|
9
|
|
|
|
|
|
|
|
|
10
|
|
|
|
|
|
|
|
- По данным табл. 2.2 построить зависимости Uн, U, Pг, Pн, P, - от тока Iн. Все зависимости построить на одном графике.
- По данным табл. 2.3 построить зависимости U, Pг, - от напряжения Ег при заданной мощности в нагрузке- Pн - const.
- Сделать выводы и заключения по работе подтвердить расчетным путем полученные результаты.
Методические указания.
Электрическая схема передачи энергии от генератора к нагрузке может быть представлена следующим образом:
RЛ
RГ
U RН UН
ЕГ
Рис 2.2
Эта схема может быть упрощена, если отнести потери в цепи связи ( линии передачи) к генератору, увеличив на величину Rл внутреннее сопротивление генератора. Тогда получим схему см. рис.2.1.
Ток в цепи Iн=Ег/(Rн+Rг). Напряжение на нагрузке Uн=Eг-U=Eг-Iн*Rг=Iн*Rн.
Потеря напряжения при передаче U = Iн*Rг.
Мощность, которая передается в нагрузку: Рн= Uн* Iн= Iн2* Rн.=( Ег/(Rн+Rг))2* Rн.
Коэффициент полезного действия при передаче энергии от генератора к нагрузке:
= Рн/ Рг= Uн* Iн/ Ег* Iн=(Ег- Iн*Rг)/ Eг=1- Iн*Rг/ Ег= Rн/(Rн+Rг).
При холостом ходу ( ХХ ) Rн.=: Iн=0, U=0, Ег= Uн, Рг=0, Рн=0, =1.
При коротком замыкании (КЗ) Rн.=0: Iн= Iкз= Ег/ Rн, U= Eг, Uн=0, Рг= Eг2/ Rг, Рн=0, =0.
Определим значение сопротивления нагрузки, при котором в нем выделяется максимальная мощность: d Рн /d Rн= Ег2/( Rн+Rг)2- 2 Rн Eг2/( Rн+Rг)3=0, откуда получаем условие максимальной мощности в нагрузке: Rн=Rг.
При этом: Iн= Ег/2 Rн= Iн/2, U= Ег/2, Uн= Ег/2, Рг= Eг2/2 Rн, Рн== Eг2/2 Rн, =0.5.
Такой режим передачи энергии имеет малую эффективность, (=0.5). Этот режим передачи используется при передаче небольших мощностей и в том случае, когда необходимо получить максимальную мощность в нагрузке при заданном напряжении генератора. При передаче больших мощностей на постоянном и низкочастотном переменном токах, необходимо значение = 0.94…0.97., что достигается выбором Rн>> Rг.
Требуемую мощность в нагрузку можно передавать по цепям связи при различных напряжениях генератора, При этом для достижения требуемой мощности в нагрузке, изменяется сопротивление нагрузки Rн, но при этом изменяется ток Iн. Если ток уменьшается, то уменьшается потеря энергии при передаче: Р= Iн2* Rг= (Рн/ Uн)2* Rг.
Таким образом, повышается эффективность передачи энергии от генератора к нагрузке: = Рн/ (Рн+Р).
Исследование передачи электрической энергии на постоянном токе