Експериментальне визначення параметрів напруги та струму нелінійного навантаження

 

Вимірювання і фіксація усіх параметрів напруги і струму нелінійного навантаження здійснюється за допомогою осцилографа та селективного вольтметра (рис.5,а). Допоміжний пристрій, схема якого показана на рис. 5, б, включається між мережею змінної напруги і навантаженням для забезпечення гальванічної розв’язку між ними і вимірювальними приладами та з метою уникнення небезпеки ураження електричним струмом при проведенні вимірювань. Він складається з понижувального трансформатора напруги Тр₁ з коефіцієнтом трансформації К_ТU =15,8 та з перетворювача струм-напруга з коефіцієнтом перетворення K_TI =10,8 А/В. Наявність перетворювача струм-напруга, який складається з опору-шунта R_Ш та понижувального трансформатора Тр₂, дозволяє додатково спостерігати на осцилографі осцилограми струму та визначати його параметри, необхідні для проведення роботи (див. рис. 1).

Таким чином, для отримання істинних значень напруги і струму потрібно значення напруг U_ТU та U_TI, які виміряні на виходах допоміжного пристрою, помножити на відповідні коефіцієнти К_ТU та K_TI:

 

та . (15)

 

Це дозволяє за допомогою двоканального осцилографа визначити параметри осцилограм напруги і струму, які необхідні для подальшого розрахунку (див. рис. 1 та вираз (15)).

При використанні селективного вольтметра або осцилографа з функцією перетворення Фур’є необхідно визначити амплітуди гармонік струму і напруги та їх діючі значення і розрахувати коефіцієнт амплітуди (2) та коефіцієнт гармонік (6) за струмом і напругою.

 

Розрахунок енергетичних параметрів нелінійного навантаження на основі апроксимованих значень напруги та струму

 

Використовуючи програму, яка розміщена в Додатку і реалізована за допомогою Mathcad, необхідно емпірично підібрати допоміжні функції FU(ωt) та FI(ωt), які описують миттєві значення напруги і струму, визначені за допомогою осцилографа. Далі, за допомогою виразу (15) визначаються функції, які описують істинні миттєві значення напруги і струму .

Стрічки в програмі, де студент повинен підставити дані, визначені експериментально за допомогою осцилографа, позначені символом ***.

Подальша послідовність визначення параметрів нелінійного навантаження наступна:

- за допомогою виразу (3) розрахувати діючі значення напруги та струму та повну потужність;

- за допомогою виразу (2) розрахувати коефіцієнт амплітуди за напругою і струмом

- за допомогою виразів (4) – (6) розрахувати амплітуди гармонічних складових напруги та струму і зсув фаз між відповідними гармоніками;

- за допомогою виразу (7) розрахувати коефіцієнти гармонік за струмом і напругою;

- за допомогою виразів (8) і (9) розрахувати активну потужність.

- за допомогою виразу (11) розрахувати реактивну потужність.

- за допомогою виразу (13) розрахувати потужність спотворення

- за допомогою виразу (1) розрахувати коефіцієнт потужності.

 

Результати розрахунку параметрів досліджуваних нелінійних навантажень звести в таблицю 2 та на основі їх аналізу зробити висновок.

 

Таблиця 2

 

№	Тип наванта-ження	S	P	Q	D	KP	cos(φ1)^*	kU	kI	THDU,%	THDI,%

 

* В програмі (див Додаток) замість позначення φ₁ використано позначення ψ₁.

 

Зміст звіту

 

3.1. У звіті потрібно сформулювати мету роботи та дати визначення нелінійного навантаження.

3.2. Привести схему експерименту, осцилограми напруги і струму досліджуваних нелінійних навантажень і позначити на них усі, необхідні для подальшого розрахунку, параметри.

3.3. Привести графіки апроксимованих залежностей напруги і струму.

3.3. Тип нелінійного навантаження та результати розрахунку його параметрів вписати в таблицю.

3.4. У висновках зробити порівняльний аналіз досліджуваних нелінійних навантажень.

 

4. Контрольні питання

 

4.1. Чому при нелінійному навантаженні коефіцієнт потужності не дорівнює ?

4.2. Що є причиною виникнення спотворень струму при нелінійному навантаженні?

4.3. Чому при нелінійному навантаженні має місце спотворення синусоїдної форми напруги мережі електроживлення?

4.4. Що означає термін коефіцієнт амплітуди?

4.5. Які негативні фактори, окрім спотворення синусоїдної форми напруги, мають місце при нелінійному навантаженні?

4.6. Що означає термін коефіцієнт гармонік?

4.7. Що таке кут відсічки і як він впливає на коефіцієнт гармонік?

4.8. Дайте характеристику нелінійного навантаження.

4.9. Чому при нелінійному навантаженні мають місце непродуктивні активні втрати електроенергії?

4.10. Поясніть механізми компенсації потужності спотворення.

 

Список літератури

1. Сегеда М.С. Електричні мережі та систем: Підручник.– Львів:Вид-во НУ «Львівська політехніка», 2007. – 488 с

2. Электропитание устройств и систем телекоммуникаций: Учебное пособие для вузов/ В.М. Бушуев, В.А. Деминский, Л.Ф., Захаров и др.– М.: Горячая линия – Телеком, 2009.– 384 с.: ил.

3. Атабеков Г.И. Основы теории цепей: Учебник для вузов: М.: Энергия, 1969. – 424 с.

ДОДАТОК

Рис. Д.1. Функція FU(ωt), що описує форму напруги

Рис. Д.2. Функція FU(ωt), що описує форму напруги – суцільна лінія;

функція FІ(ωt), що описує форму струму – штрих-пунктирна лінія

 

 

НАВЧАЛЬНЕ ВИДАННЯ