2 Организация выполнения лабораторных работ
2.1. Тринадцать работ разбиты на два курса (1…6 – по ЭТС, 7…13 – по ЭЭО). Работы выполняются последовательно друг за другом (1, 2, 3, 4, 5, 6 - первый цикл; 7, 8, 9,10,11,12, 13 - второй цикл). Все работы 4-х часовые.
2.2. Студенты, выполняющие первые работы цикла, являются кураторами этих работ. Они должны их досконально знать, чтобы потом помочь остальным в их освоении. Кураторы работ помогают преподавателю проверить схемы, правильность полученных данных для лабораторных исследований, являются консультантами по данной лабораторной работе.
2.3. Лабораторные работы выполняются по бригадам в количестве от двух до четырех человек в соответствии с графиком прохождения лабораторных работ. Комплектация бригад производится самими студентами по их желанию.
2.4. Студент допускается к первой лабораторной работе, если он:
а) прослушал инструктаж по технике безопасности вводный и при необходимости на рабочем месте;
б) усвоил программу исследований и ознакомился с методикой ее выполнения;
в) вычертил схемы измерений, разобравшись в принципе их действия, выписал паспорта приборов и исследуемых электроустановок и электрооборудования;
г) вчерне подготовил таблицы для результатов опытов.
2.5. Студент допускается к последующей работе при оформлении отчета по предыдущей лабораторной работе и по возможности получения зачета по ней.
3 Оформление и защита выполненных работ
3.1. Каждый студент самостоятельно оформляет отчет по работе. Допускается оформление одного отчета на бригаду. Отчет оформляется в тетради по данной дисциплине.
3.2. В отчете должны быть приведены: цель работы, программа работы, паспортные данные оборудования и приборов, схемы проведенных опытов, таблицы с данными измерений и результатами вычислений, графики полученных зависимостей, выводы по работе, содержащие практическую оценку опытов.
Схемы и графики следует выполнять аккуратно с применением чертежных инструментов или трафаретов, все обозначения схем должны соответствовать ГОСТ. При построении графиков наносятся все точки данных опытов, по которым проводится плавная усредненная кривая.
3.3. Оформленный отчет по работе просматривает куратор работы, проверяет правильность расчетных данных, построение графиков и выводы по работе. При правильном оформлении отчета куратор допускает студента к защите.
3.4. Каждый студент после оформления отчета сдает зачет по работе. Преподаватель проводит индивидуальный, бригадный или в форме технической игры опрос студентов по вопросам теории, методике выполнения работы, по анализу графиков и использованию результатов исследования на практике. Отчет с ошибками подлежит переработке и защищается в дополнительное, назначенное преподавателем, время.
Зачет по лабораторным работам может проводиться в специально оговоренные со студентами дни, после всех проделанных лабораторных работ.
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 1
ИССЛЕДОВАНИЕ ФАКТОРОВ, ВЛИЯЮЩИХ НА КОЭФФИЦИЕНТ МОЩНОСТИ СИЛОВЫХ ЭЛЕКТРОУСТАНОВОК И ИЗУЧЕНИЕ МЕТОДОВ ЕГО ПОВЫШЕНИЯ
Цель работы: исследовать факторы, влияющие на коэффициент мощности, изучить естественные и искусственные способы его повышения в установках с трехфазными электродвигателями.
КРАТКИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ
При переменном токе различают три вида мощности: активную, реактивную и полную (или кажущуюся).
Активная мощность Р равна произведению напряжения на активную составляющую тока:
P=UIcos, (Вт ; кВт).
Реактивная мощность Q равна произведению напряжению на активную составляющую тока:
Q=UIsin, (вар; квар).
Полная мощность S равна произведению напряжения на полный ток:
S=UI, (B·A).
Для цепей трехфазного тока в формулы вводится множитель  . Так, активная мощность генератора трехфазного тока:
Р= Uicosφ,
где - угол сдвига фаз между током и напряжением.
Перечисленные три мощности можно представить в виде треугольника мощностей (рисунок 1) , из которого следует, что полная мощность:
 ; cosφ =  =  .
Так как cos дает соотношение между двумя мощностями, то он называется коэффициентом мощности.
В еличина коэффициента мощности показывает, какую часть от полной мощности составляет активная мощность, используемая для полезной работы. Коэффициент мощности также характеризует потребление электроприемником реактивной мощности.
Рисунок 1 - Треугольник мощностей
Реактивная мощность Q может рассматриваться как характеристика скорости обмена энергией между генератором и магнитным полем приемника электрической энергии.
Величина коэффициента мощности не остается постоянной, а меняется во времени.
Различают мгновенное и средневзвешенное значение коэффициента мощности.
Мгновенное значение коэффициента мощности (cos) измеряется фазометром или рассчитывается по формуле:
cosφ=P/(UI);
где Р - активная мощность электроприемника, Вт;
U - линейное напряжение, В;
I - линейный ток, А.
Средневзвешенное значение коэффициента мощности (cosср. вз.) используется при расчетах за электроэнергию и расчетах при выборе компенсационных установок. Этот коэффициент на основании показаний счетчиков активной и реактивной энергии за определенный промежуток времени (час, сутки, месяц, год) определяется по формуле:
где Wa и W p - соответственно суммарное потребление активной (Втч) и реактивной (ВАрч) энергии.
Наибольшее влияние на значение коэффициента мощности оказывают асинхронные двигатели и трансформаторы, т.к они нуждаются в намагничивающем токе для создания электромагнитных полей. Активная энергия преобразуется в двигателе в механическую энергию, а реактивная энергия периодически пульсирует, загружая электрическую сеть.
Значение коэффициента мощности асинхронных двигателей зависит от:
степени их загрузки;
колебания питающего напряжения;
величины воздушного зазора между статором и ротором.
Низкий коэффициент мощности вызывает следующие последствия:
1. Увеличение потерь электроэнергии на нагревание кабелей и проводов сетей и обмоток электрических машин. При одной и той же передаваемой активной мощности ток тем больше, чем меньше коэффициент мощности:
Потери же мощности на нагревание пропорциональны квадрату тока:
2. Увеличение сечение и массы кабелей и проводов за счет роста силы тока при уменьшении коэффициента мощности.
3. Увеличение полной мощности генераторов на электростанциях, неполное использование мощности первичных двигателей, увеличение полной мощности трансформаторов.
У трансформаторов при уменьшении коэффициента мощности потребителей уменьшается пропускная способность активной мощности вследствие повышения реактивной, а первичные двигатели у генераторов на электростанциях оказывается загруженными не полностью.
4. Увеличение колебания напряжения сети. Повышение силы тока при уменьшении коэффициента мощности приводит к увеличению потерь напряжения, что вызывает понижение напряжения у потребителя.
Снижение реактивной мощности, циркулирующей между источником тока и приемником, а следовательно, и снижение реактивного тока в генераторах и сетях называется компенсацией реактивной мощности.
Мероприятия по повышению коэффициента мощности могут быть подразделены на естественные и искусственные.
Естественные мероприятия по уменьшению потребления приемниками реактивной мощности должны рассматриваться в первую очередь, поскольку для их осуществления, как правило, не требуется значительных капитальных затрат. К ним относятся следующие:
1. Правильный выбор электродвигателей по мощности и типу (не допускать излишних запасов мощности).
2. Замена малозагруженных асинхронных двигателей двигателями меньшей мощности.
3. Переключение недогруженных асинхронных двигателей с треугольника на звезду.
4. Ограничение холостого хода электродвигателей.
5. Повышение каче6ства ремонта двигателей. Перечисленные естественные мероприятия обеспечивают работу асинхронных двигателей с предельно возможным для них номинальным коэффициентом мощности.
Для дальнейшего повышения коэффициента мощности используют искусственные способы, к числу которых можно отнести применение перевозбужденных синхронных двигателей, синхронных компенсаторов и косинусных конденсаторов.
В условиях сельскохозяйственного производства наиболее целесообразно применять статические конденсаторы. Конденсаторы обладают незначительными потерями (0,3 ... 1% от их мощности), просты и удобны в обслуживании.
С ущность улучшения коэффициента мощности с помощью конденсаторов следует из рассмотрения треугольников мощностей (рисунок 2а).
Q p=Q – Q c
а) б)
Рисунок 2 – Треугольник мощностей двигателя: а) – без подключения конденсаторов; б) – с подключенными конденсаторами,
где Р - активная мощность, определяемая механической нагрузкой на валу двигателя, потерями в мотках и в стали машины;
Q - реактивная мощность, потребляемая на намагничивание машины и создание магнитного поля рассеивания;
S - полная мощность:
При параллельном подключении конденсаторов к обмоткам двигателя общая реактивная мощность, циркулирующая между двигателем и генератором
Qp = Q - Qc ,
где Qc - реактивная мощность конденсаторов (в противофазе по отношению к реактивной мощности двигателя) - рисунок 2б.
Из треугольника мощностей следует, что при подключении конденсаторов
к , а cos к cos
Соответствующим подбором конденсаторов можно добиться, чтобы
Q = Qc, а = 0, тогда cos = 1
В этом случае из сети будет потребляться только активная мощность, а реактивная будет циркулировать между двигателем и конденсаторами, полностью разгружая сеть от реактивного тока. Рациональной схемой включения компенсирующих конденсаторов является схема соединения треугольником. В этом случае напряжение на конденсаторах будет в  раз выше, чем при соединении звездой а, следовательно, емкость батареи в первом случае при одной и той же реактивной мощности Qc будет в 3 раза меньше, чем во втором случае. «Вузовская наука – Северо-Кавказскому региону. Ставрополь, 2000.- 2
Краткое описание схемы лабораторной установки
Лабораторная установка (рисунок 3) состоит из короткозамкнутого асинхронного электродвигателя М, нагружаемого с помощью генератора G.
Изменение степени загрузки двигателя осуществляется посредством включения (отключения) нагрузочных резисторов R4.. .R5 и регулировкой напряжения генераторов (в пределах до 220 В) с помощью реостата R6.
В качестве компенсирующего устройства используется батарея конденсаторов С1, С2, СЗ.
Для контроля и необходимых измерений имеются следующие измерительные приборы:
вольтметры PV1, PV2 для контроля напряжения в силовых цепях двигателя М и генератора G.
амперметры РА1, РА2 для измерения тока общего I и емкостного I
- счетчик реактивной РК и активной PI энергии.
- ваттметр PW для измерения активной и реактивной мощности. Включение и отключение установки осуществляется магнитным пускателем КМ1.
Разряд батареи конденсаторов обеспечивается пускателем КМ2 на резисторы R1...R 3.
ПРОГРАММА РАБОТЫ
1. Изучить факторы, влияющие на коэффициенты мощности.
2. Изучить способы повышения cos в установках с 3 - фазными электродвигателями.
3. Снять зависимости cos и I от нагрузки на валу электродвигателя.
4. Рассчитать средневзвешенное значение коэффициента мощности.
5. По данным таблиц построить графики:
cos = f (Р) и cos = f (Rн), cosL (с) = f (С) и Ic = f(C).
ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ
1. Ознакомиться со схемой и работой лабораторной установки. Записать паспортные данные двигателя.
2. Снять зависимость cos = f (), где степень загрузки двигателя
= Р/Рн
где Р - мощность нагрузки двигателя;
Рн - номинальная (паспортная) мощность двигателя.
Для снятия зависимости включить установку, рукоятку ЛАТРа установить в крайнее правое положение (по часовой стрелке), рукоятку потенциометра "ВОЗБУЖД" также в крайнее правое положение.
Изменяя положение тумблеров "НАГРУЗКА", снять показания прибора. Результаты измерений занести в таблицу 1.
Таблица 1 – Результаты измерений зависимости cos = f (Rн)
R, Ом
|
(х.х.)
|
30
|
14
|
cosL
|
|
|
|
3. Установить нагрузку, равную 30Ом. Изменяя положение рукоятки потенциометра "ВОЗБУЖД", установить по ваттметру PW значения мощности, указанные в таблице 2, и снять показания фазометра.
Результаты измерений занести в таблицу 2.
Таблица 2 - Результаты измерений зависимости cos = f (Р)
Рн, кВт
|
0,4
|
0,5
|
0,6
|
0,7
|
0,8
|
0,9
|
1,0
|
CosL
|
|
|
|
|
|
|
|
По данным таблиц построить графики cos = f (Rн) и cos = f (Р).
4. Рассчитать cosср.вз на основе измерения активной и реактивной энергии за время 10 минут по оборотам дисков счетчиков.
5. Ручку потенциометра "ВОЗБУЖД" установить в крайнее правое положение. Включить автомат QF2 (батарея конденсаторов) Изменяя емкость конденсаторов тумблерами 2мкф, 3мкф, 4мкф от Сmin = 0мкф до Сmax = 9мкф, снять зависимости cos = f (C), Ic = f (С). Результаты измерений занести в таблицу 3.
Таблица 3. – Результаты измерений зависимостей cos = f (C), Ic = f (С)
С, мкФ
|
0
|
2
|
3
|
4
|
5
|
6
|
7
|
9
|
cosL(с) cos#(c)
|
|
|
|
|
|
|
|
|
Ic,A
|
|
|
|
|
|
|
|
|
По данным таблицы 3 построить графики cosL (с) = f (С) и Ic = f(C).
СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА
1. Наименование лабораторной работы и ее цель.
2. Основные формулы для расчета cos.
3. Заполненные таблицы и графики зависимостей cos = f(Pн),
cos = f(R), cos = f(С), Ic = f(C).
4. Результаты измерений активной и реактивной энергии и расчета cosср.вз.
5. Вывод по расчету емкости компенсирующих конденсаторов.
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Что характеризует коэффициент мощности?
2. От чего зависит cos в асинхронных двигателях?
3. Назвать последствия низкого cos.
4. Назвать методы повышения коэффициента мощности.
5. Объяснить сущность компенсации реактивной мощности с помощью конденсаторов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Варварин В. К., Койлер В. Я., Панов П. А. Наладка электрооборудования. Справочник -2-е изд., перераб. и доп. - М.: Россельхозиздательство, 1984 – 349 с.
2. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности в сложных электрических системах. М.: Энергия, 1981. – 200с.
3. Железко Ю.С. Компенсация реактивной мощности и повышение качества электроэнергии. – М.: Энергоатомиздат, 1985.
4. Ильяшов В.П. Конденсаторные установки промышленных предприятий. М.: Энергоатомиздат, 1983.
5. Мельников Н.А. Реактивная мощность в электрических сетях. М.: Энергия, 1975.
6. Поспелов Г.Е. и др. Компенсирующие и регулирующие устройства в электрических системах. Л.: Энергоатомиздат, Ленингр. отд., 1983 - 112с., ил.
|
