контрольная работа по электротехнике. Практическая работа №1. Измерение потери напряжения в проводах двухпроводной линии. Практическая

• Название: Измерение потери напряжения в проводах двухпроводной линии. Практическая
• Анкор: контрольная работа по электротехнике
• Дата: 18.04.2022
• Размер: 59.12 Kb.
• Имя файла: Практическая работа №1.docx
• Тип: Документы; #482302

Измерение потери напряжения в проводах двухпроводной линии.

Практическая работа № 1

ЦЕЛЬ РАБОТЫ: ознакомление с общими принципами передачи элек- трической энергии на большие расстояния и определение потерь напря- жения в моделях электрических линий.

ТЕОРЕТИЧЕСКОЕ ВВЕДЕНИЕ

Передача электрической энергии от генератора к приемникам обычно происходит по проводам, которые образуют электрическую цепь. В про- стейшем случае, рассматриваемом в настоящей работе, провода и при- емники образуют цепь неразветвленную (см.рис.1), поскольку энергия передается по двум проводам.

L



Рис.1

Сопротивление r₁ каждого такого провода длиной l, определяется из- вестной формулой


1
r=p^lS

Где p- удельное сопротивление проводника, S– площадь его попереч- ного сечения. Поскольку проводов два, то очевидно, что общее сопро- тивление линии будет определяться следующим образом

r=2r₁

=2p^l

S

При передаче энергии, в результате падения напряжения в проводах ( на сопротивлении r), напряжение в конце линии U₂ ( т.е. на зажимах генера-

тора). Разность напряжений U₁ и U₂ принято называть потерей напряже- ния и обозначать символом ∆U:

∆u=u₁-u₂

По закону Ома для участка цепи, эта величина равна

∆u=Ir=2Ip^[

S

(1)

(2)

Известно, что участок сети обычно состоит из нескольких приемников электроэнергии. В связи с этим, рассмотрим следующий пример. Допус- тим, что имеется три приемника с токами, соответственно, I₁,I₂,I₃,под- ключенных в различных местах линии (рис.2).

l₁ l_{2 l3}


Рис.2

В этом случае, потери напряжения могут быть вычислены по формуле

∆u= 2p(I₁L₁I₂L₂I₃L₃)/S

где L₁=l₁,L₂=l₁l₂,L₃=l₁l₂l₃.

(3)

С целью экономии энергии, потеря напряжения ∆U обычно допускается незначительной по сравнению с U₁.

Ток потребителя (его еще принято называть «нагрузка») при различных сопротивлениях приемника изменяется от нуля до некоторого макси- мального значения. При этом потеря напряжения в сети также меняется от нуля до своего максимума. При постоянном напряжении U₁ в начале сети, напряжение в конце сети изменяется от U₂=U₁ (тогда ∆U=0) при


2
I=0до u^,=u₁-∆u. В связи с этим, допустимая потеря напряжения в сети считается равной допускаемому изменению напряжения на зажи-

мах приемника u₂-u^,=u₁-u^,=∆u

2 2

Так, например, для электрических ламп считается допустимым измене- ния напряжения на (1 + 2)%, для электродвигателей – на (2 + 5)% от номинального значении напряжения (т.е. величины U₁).

В качестве величины характеризующей эффективность передачи энер- гии, используется коэффициент полезного действия (к.п.д.) электриче- ской сети, который определяется следующим образом:

_fJ=P_l-∆P

P_l

(4)

Физические величины Р₁ и ∆Р входящие в выражение (4), представляют собой, соответственно мощность на входе линии и мощность потерь.

Последняя может быть определена формулой

∆P=I∆u=I²r=2I²p^[

S
(5)

Мощность потерь показывает ту долю начальной энергии, которая теря- ется в проводах (расходуется на нагрев) при ее передаче. Учитывая оп- ределение для мощности тока и уравнения (5), для к.п.д. может быть за- писана следующая цепочка равенств:

_fJ=u₁I -∆uI₌u₁-∆u₌u₂



(6)

u₁Iu₁u₁

Обычно передача энергии осуществляется при к.п.д. равном 0,98 +0,95. В этом случае напряжение на зажимах потребителя отличается от напряжения в начале сети на (2 +5)%.

СХЕМА УСТАНОВКИ И МЕТОД ИЗМЕРЕНИЯ

В соответствии с уравнением (2), одинакового изменения потерь на- пряжения можно добиться либо за счет изменения длины проводов l, либо удельного сопротивления p. Именно это обстоятельство использу- ется в настоящей работе для моделирования процесса передачи электри- ческой энергии на большие расстояния.

Основной частью лабораторной установки являются три пары прово- дов прикрепленных к клеммам расположенным на специальных стойках (см. рис.3). Провода имеют одинаковую длину, но выполнены из метал-

лов имеющих разное удельное сопротивление. Увеличение последнего эквивалентно увеличению расстояния от источника до потребителя электрической энергии. Представленная схема позволяет подавать от ис- точника питания (ИП) напряжение U₁ на вход любой из линий (№ 1, 2 или 3) с помощью соответствующих переключений коммутатора К. При этом, измерение входного напряжения осуществляется с помощью вольтметра V₁, а выходного с помощью V₂.

Моделирование различных нагрузок потребителя осуществляется реостатом R, а измерение тока (нагрузки) – амперметром А, включен- ным последовательно с реостатом.



Рис. 3

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ И ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ИЗМЕРЕНИЙ

Предварительно следует отметить, что одним из разновидностей сис- тематических ошибок, которые обязательно присутствуют в каждом эксперименте, представляют собой ошибки измерительных приборов.

При измерении электрических величин (например, силы тока, напряже- ния и т.д.), величина этой ошибки определяется классом точности ис- пользуемого прибора. Для таких приборов как вольтметры и ампермет- ры, последний указывается числом обведенным в кружок (например, 0,5; 1,0; 2,5 и т. д.), что означает максимальную абсолютную погреш- ность данного прибора, выраженную в процентах от максимального зна- чения шкалы. Например, для вольтметра рассчитанного на напряжение 150В и имеющего класс точности 1,0 , максимальная ошибка в любой точке шкалы составляет ±1,5 В, т. е. 1% от 150В. Если вольтметр пока- зывает 120В, то результат может быть представлен следующим образом: U=(120±1.5) В. Данная запись означает, что истинное значение напря- жения лежит где-то в интервале от 118,5 В до 121,5 В. При этом сказать о значении напряжения что либо более определенное не представляется возможным.

Итак, для выполнения задания, представленного в настоящей работе следует:

1. 
   Записать основные технические данные используемых приборов (класс точности и пределы измерения).
   
2. 
   Включить источник питания и подключиться с помощью комму- татора к одной из трех линий.
   
3. 
   Изменяя сопротивление реостата при 4-7 положениях его подвиж- ного контакта, снять соответствующие показания амперметра и вольтметров.
   
4. 
   Вычислить с помощью формулы (1) величину потерь ∆u^,, а с по- мощью формулы (2) величину ∆u^,,. Для каждого из этих величин найти погрешность ее определения.
   
5. 
   Для всех случаев, с помощью формул (5) и (6), определить мощ- ность потерь и коэффициент полезного действия. Полученные ре- зультаты занести в таблицу.
   

Таблица 1

№ опыта	p,Ом·м	I,А	U1,В	U2,В	∆U,,В	∆U,,,В	∆P,Вт	fJ
1	2	3	4	5	6	7	8	9

6. 
   В том же порядке провести измерения для других линий.
   
7. 
   В одной системе координат, построить графики, демонстрирую- щие зависимости к.п.д. от величины нагрузки для каждой из рас- сматриваемых линий.
   
8. 
   По результатам проделанной работы сделать следующие выводы: а) Какой из способов определения потерь напряжения (т.е вели- чин ∆U^,и ∆U^,,) является более точным?
   

б) Какой характер имеет зависимость к.п.д. от величины нагрузки линии и как его величина зависит от материала проводов при оди- наковой величине нагрузки.

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. 
   Что называется потерями напряжения в проводах и от чего зависит их величина?
   
2. 
   При какой длине линии выполненной медными проводами, величина потерь будет иметь такую же величину что и для данной линии из нихрома?
   
3. 
   Что называется нагрузкой линии, и какие факторы влияют на ее величину?
   
4. 
   Получить формулу (3).
   
5. 
   Всякая электрическая сеть состоит из генератора с внутрен- ним сопротивлением r и внешнего сопротивления R. При каком соотношении между этими сопротивлениями полез- ная мощность максимальна? Чему равен при этом к.п.д.? К чему стремится величина к.п.д. при увеличении сопротивле- ния R?
   
6. 
   Помещение освещается группой ламп общей мощностью 2 кВт. При этом, напряжение на зажимах генератора составля- ет 250 В, а расстояние от генератора до помещения 100м. Найти сечение медных проводов, при котором напряжение на лампах будет не менее 220 В. Чему равна сила тока в под- водящих проводах?
   
7. 
   Определить, какую наибольшую мощность можно передать потребителю по двухпроводной линии на расстояние 1,5 км. Линия сделана из медного провода сечением 18 мм². Напря- жение на клеммах генератора 230 В, а потери напряжения на линии не превышают 10%.
   

Литература

1. 
   Савельев И. В. Курс общей физики, ч.2,М.:Наука, 1987, 432 с.
   
2. 
   Зисман Г. А., Тодес О. М. Курс общей физики, ч.2,М.:Наука, 1972, 352 с.
   
3. 
   Яворский Б. М., Селезнев Ю. А. Справочное руководство по физике, М.: Наука, 1989, 576 с.
   

Волькенштейн В. С. Сборник задач по общему курсу физики, М.: Наука, 1990, 397 с.