Улучшение коэффициента мощности - компенсация сдвига фаз

Режим резонанса токов выгоден, поскольку ток в сети соединяющий источник и потребитель имеет минимальное значение, так как сеть разгружается от передачи реактивных токов. Поскольку большинство потребителей электроэнергии работают на принципе электромагнитного преобразования энергии, то потребляют большой индуктивный ток, имеют малый . Для повышения коэффициента мощности можно подключить параллельно потребителю конденсатор с тем, чтобы фазовый сдвиг между током и напряжением достиг заданной величины (рис. 6.3).

Рис. 6.3. Расчет емкости, компенсирующей сдвиг фаз

Учитывая, что , , , , получаем выражение для емкости; с помощью которой у потребителя с активной мощностью и фазовым сдвигом можно получить фазовый сдвиг .

(6.10)

Для энергосистем выгоден режим , однако с целью уменьшения габаритов и стоимости емкостной батареи обычно его выбирают в пределах .

ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНАЯ УСТАНОВКА

Установка включает в себя электрическую цепь, состоящую из двух параллельных ветвей: катушки индуктивности и батареи конденсаторов, активными потерями в конденсаторе можно пренебречь ( , рис. 6.4). В каждую ветвь включены амперметры. По показанию вольтметра и амперметров ветвей можно определить полное сопротивление или полную проводимость ветвей. Для определения активного сопротивления катушки включен ваттметр, который совместно с амперметром позволяет косвенно найти его. Амперметр в неразветвлённой части цепи показывает общий ток.

Рис. 6.4. Схема экспериментальной установки

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ

1. Ознакомиться с установкой. Записать основные технические данные приборов. Проверить нули.

2. Варьируя величиной ёмкости, достичь резонанса, контролируя его по минимуму тока . Показания приборов занести в таблицу 6.1.

Таблица 6.1

№ п.п.	(A)	(А)	(А)	(В)	(Вт)	(мкФ)

3. Снять показание приборов для 3-4 - больше резонансной. Показание приборов занести в таблицу 6.1.

4. Произвести измерения при отключенной батарее конденсаторов. Данные занести в таблицу 6.1.

СОДЕРЖАНИЕ ОТЧЕТА

1. Название лабораторной работы.

2. Основные технические данные приборов (марка, система, класс точности и предел измерения).

3. Параметры катушки рассчитываются по результатам опыта при отключенных конденсаторах и заносятся в таблицу 6.2.

Таблица 6.2

(Ом)	(Ом)	(Ом)	(Сим)	(Сим)	(Сим)

Активное сопротивление катушки рассчитывается с использованием показаний двух приборов - ваттметра и амперметра

.

Полное сопротивление катушки определяют, используя ток и напряжение

.

Остальные параметры определяются с использованием следующих формул:

; ; ; ; .

4. Рассчитать параметры всей цепи, токи и коэффициент мощности и занести результаты в таблицу 6.3.

Таблица 6.3

№ п.п.		(A)	(A)	(Ом)	(Сим)	(Сим)
...

Коэффициент мощности всей цепи определяется с использованием показаний трех приборов: ваттметра, амперметра А и вольтметра

.

Для определения активной составляющей тока используются два прибора: ваттметр и вольтметр

;

Активная составляющая тока второй ветви равна 0.

Остальные величины определяются по следующим формулам:

; ; ; .

5. Постройте 3 векторные диаграммы: для резонанса цепи и для
емкостей меньше и больше резонансной. На векторных диаграммах
по значениям и определите . Необходимо учитывать, что в
схеме установки во второй ветви нет активного сопротивления,
поэтому и . Порядок построения векторных диаграмм дан в п. 1.4 настоящих указаний.

6. На одной координатной сетке постройте графики зависимостей , , , от и один из графиков расчетных зависимостей (задается преподавателем) с использованием параметров катушки (таблица 6.2).

7. Схема лабораторной установки.

8. Выводы о проделанной работе. В выводах необходимо отметить:

а) изменение (или постоянство) показаний следующих приборов: , , при изменении емкости конденсатора ;

б) совпадение (или расхождение) экспериментальных и теоретических характеристик;

в) сравните величину тока , полученного при построении векторных диаграмм с полученной в эксперименте;

г) по векторным диаграммам определите характер нагрузки до резонанса и после;

д) отметьте характерные точки на построенных характеристиках.

ВОПРОСЫ ДЛЯ ДОПУСКА К РАБОТЕ

1. Какова цель настоящей работы?

2. Какой резонанс может возникнуть при параллельном соединении и ? Почему?

3. Как экспериментально определить наличие резонанса токов?

3. Выполняется ли равенство ?

4. Изменением какого элемента достигается резонанс в данной работе?

5. Определите цену деления приборов.

6. Каким образом включается ваттметр в электрическую цепь? Что он показывает?

7. Какие меры предосторожности следует соблюдать в данной работе?

ВОПРОСЫ К ЗАЩИТЕ

1. Что называют резонансом токов?

2. Каковы условия резонанса тока (энергетическое, электрическое, параметрическое)?

3. Объясните ход кривой .

4. Объясните, почему при резонансе ток в неразветвлённой цепи минимален. Что будет, если и идеальны?

5. Что такое добротность? Как она влияет на ход кривой ?

6. Нарисуйте векторную диаграмму для случая резонанса токов.

7. Запишите формулы для полной проводимости всей цепи при резонансе, для активной и реактивной проводимостей.

8. Объясните ход кривой .

9. Напишите для цепи, содержащей параллельно включённые ёмкость и реальную катушку, выражения для:

a) ;

б) ;

в) ;

г) ;

д) .

10. Нарисуйте эквивалентную схему цепи с параллельным соединением катушки индуктивности и емкости (схема с проводимостями).

11. Напишите возможные выражения для активной мощности в случае резонанса токов.

12. Чему равна реактивная мощность цепи при резонансе, а также реактивные мощности для каждого из параллельных участков?

13. Для цепи, содержащие параллельно включенные катушку индуктивности и емкость, известно , ток в неразветвленной цепи , , , определить , , и .

14. Цепь активно-индуктивной нагрузки при потребляет ток при . Определить величину параллельно включенной емкости, чтобы суммарный потребляемый ток был равен .

Лабораторная работа №7