|
 | |  | | Лабораторная работа № 4
Измерения в трехфазных электрических цепях
Цель работы - ознакомиться с цепями трехфазного переменного то¬ка, соотношениями между линейными и фазными токами и напряжения¬ми, Приборами для их измерений и учета.
Программа работы
1. Ознакомиться с устройством и принципом действия электроизмерительных приборов: амперметра, вольтметра, ваттметра и счёт¬чика.
2. Собрать схему соединения ламп накаливания звездой. Измерить напряжения и токи при симметричной и несимметричной нагрузках.
3. Определить влияние нулевого провода на напряжение и ток в фа¬зах при симметричной и несимметричной нагрузках.
4. Собрать схему соединения ламп накаливания треугольником. Из¬мерить напряжения и токи при симметричной и несимметричной на¬грузках.
5. Сравнить показания вольтметров и амперметров при симмет¬ричной и несимметричной нагрузках, включенных треугольником.
6. Сравнить схемы включения схем звездой и треугольником при симметричной и несимметричной нагрузках.
7. Собрать схему включения ламп для однофазного измерения элек¬трической энергии счетчиком.
8. Оформить отчёт по работе.
Теоретическая часть.
Трёхфазной системой называется совокупность трёх электрически цепей, в которой действуют одинаковые синусоидальные электромаг¬нитные движущие силы (ЭДС) сдвинутые по фазе на 120°, т.е на 1/3 пе¬риода Т (рис. 4.1). Трёхфазная система состоит из источника тока, линии электропередач и электроприёмников. Источниками тока служат трёхфазные генераторы на электрических станциях и трёхфазный транс¬форматор на подстанции. В сельских подстанциях применяются транс¬форматоры с масляным охлаждением. Электроприёмниками называют устройства, потребляющие электроэнергию или преобразующие её другие виды. Электроприёмники бывают однофазные – осветительные, нагревательные приборы и трёхфазные - электромоторы, калориферы, электроводонагреватели. Электрическая сеть состоит из трех фаз. раскрашиваемых в жёлтый, зеленый и красный цвета, и нулевого провода черного цвета, называемого ещё нейтралью. Напряжение между фазами называют линейным, а между фазой и нулем – фазным.
Рис 4.1 Трехфазный электрический ток: а) осциллограмма; б) векторное изображение
При симметричных нагрузках, когда токи во всех фазах равны и имеют одинаковый угол сдвига используют только четыре провода: три фазы и защитный проводник РЕ. При наличии однофазных электроприёмников обеспечивать симметричную нагрузку трудно, тогда используют пять проводов (три фазы, рабочий ноль – N и защитный ноль – проводник РЕ).
Линейное напряжение больше фазного в корень из трех. Измеряют их приборами электромагнитной системы. Принцип действия приборов основан на взаимодействии магнитного поля неподвижной катушки, обтекаемой измеряемым током, с подвижным ферромагнитным сердечником, выполненным в виде лепестка (рис. 4).
На каждом измерительном приборе указан класс точности. Это будет одна из ряда: 0,05; 0,1;0,5;1,0;1,5;2,5;4,0. Под точностью понимают близость к нулю погрешности прибора. Измеренное значение некоторого параметра и его истинное значение есть не одно и то же. Между ними имеется погрешность, представлявшая собой разность между этими величинами, а вот эта разность между истинным и измеренным значениями измеряемой величины, отнесённая к наибольшему показанию шкалы в процентах, и есть класс точности.
Принцип действия амперметра тот же, что и у вольтметра, с той лишь разницей, что катушка вольтметра имеет большое сопротивление и включается параллельно нагрузке, а у амперметровой катушки сопро¬тивление маленькое и включается она последовательно с нагрузкой.
Мощность можно узнать косвенным путем - умножением показаний вольтметра и амперметра на интересующем нас участке электрической цепи. Непосредственно же мощность измеряют ваттметром - электродинамическим прибором. Принцип действия его основан на взаимодействии магнитных полей подвижной и неподвижное катушек с токами. При одинаковом направлении токов в проводниках они притягиваются друг к другу, а в случае противоположного направ¬ления отталкиваются. Измерительный механизм электродинамического прибора (Рис. 4.3.) имеет неподвижную катушку 1. Внутри неподвижной катушки на оси 2 укреплена бескаркасная катушка 3. Упругий момент создается ток по проводящими пружинами 4. На оси с подвижной катуш¬кой укреплена стрелка 5, которая вместе со шкалой образует отсчетное устройство.
Рис 4.3 Схема ваттметра
Взаимодействие магнитных полей катушек с токами создаёт вра¬щающий момент, величина которого пропорциональна производной от энергии системы по углу поворота подвижной катушки. Схема включе¬ния ваттметра приведена выше на рис. 4.4.
Рис 4.4 Схема включения ваттметра
Как известно величину энергии можно подсчитать, умножая мощ¬ность токоприёмника на время его работы. Для непосредственного измерения используют индукционные счётчики. Рассмотрим схему подключения однофазного счетчика (рис.4.5). В зазоре между магнитопроводами обмоток напряжения 2 и токовой 11 находится подвижный алюминиевый диск 8, насаженный на ось б, установленную в пружинящем подпятнике 9 и верхней опоре 3. Через червячный, редуктор 4 вращение диска передаётся счетному механиз¬му 5.
Токовая обмотка 11, включаемая последовательно нагрузке, состоит из небольшого числа витков, намотанных толстым проводом. Обмотка напряжения 2, включаемая в цепь параллельно нагрузке, состоит из большого числа витков, намотанных тонким проводом. Когда к обмотке напряжения приложено напряжение сети, а по токовой обмоток протекает ток нагрузки, в магнитопроводах 10 и 1 (токовый и напряженческий) появляются переменные магнитные потоки, замыкающиеся че¬рез алюминиевый диск и индуцирующие (наводящие) в нём вихревые токи Фуко. Эти токи, взаимодействуя с уже указанными потоками образуют вращающий момент, увлекающий за собой диск 8. Постоянный магнит 7 служит для торможения диска при отсутствии нагрузки (исключает его движение по инерции).
Рис. 4.5 Устройство и схема включения счетчика электрической энергии
Каждый счётчик характеризуется передаточным числом, показы¬вающим число оборотов диска при протекании через счетчик электро¬энергии величиной в 1 кВт час.
Включение ламп накаливания
Под звездой (трехлучевой) понимают такую схему включения, когда одни клеммы ламп подключаются к фазам, а другие объединяются в од¬ну точку и соединяются с нулевым проводом (рис. 4.6).
Рис 4.6 Схема включения ламп накаливания «звездой»
При симметричной нагрузке для выяснения влияния нулевого про¬вода на значение напряжения и тока в каждую фазу включают по две лампы, Однополюсный рубильник SA2 при этом включён. Результаты измерений при этом записывают в табл. 4.1. Проверяют соотношение между линейными и фазными напряжениями и токами. Затем повторяют опыт при отключённом рубильнике SA2 в нулевом рабочем проводе.
При несимметричной нагрузке в каждую фазу включают разное чис¬ло ламп, например, в фазу «А» - две лампы, фазу "В" — одну, фазу "С" одну, измеряют напряжение и ток в каждой фазе при включённом ру¬бильнике SA2 в нулевом проводе и записывают результаты в табл. 4.1. Повторяют опыт при выключенном рубильнике SA2 в нулевом рабочем проводе результаты записывают также в табл. 4.1. и анализируют ре¬зультаты опытов.
Таблица 4.1. Взаимосвязь характера нагрузки, напряжений и токов в фазных и нулевых проводах
Характер нагрузки Рубильник SA Фаза «А» Фаза «В» Фаза «С» Нейтраль, А
U, в I, А U, в I, А U, в I, А
Симметричная 1. Вкл
2. Выкл
Несимметричная 1. Вкл
2. Выкл
Под треугольником понимают такую схему включения, когда вход¬ные клеммы первых ламп соединяют с выходными клеммами вторых ламп и общую точку соединяют с одной фазой, а входные клеммы вто¬рых ламп соединяют с выходными клеммами третьих ламп и их общую точку соединяют с второй фазой и т.д. (см рис. 4.7). В этом случае ли¬нейные напряжения оказываются равными фазным, а линейные токи в корень из трёх раза больше, чем токи в каждой из трёх фаз при симмет¬ричной нагрузке. При таком соединении все однофазные потребители должны быть рассчитаны на линейные напряжения.
Рис. 4.7 Схема включения ламп накаливания «треугольником»
Таблица 4.2 Взаимосвязь характера нагрузки, напряжений и токов в фазах цепи
Характер нагрузки Линейные параметры цепи
Фаза «А» Фаза «В» Фаза «С»
U, в I, А U, в I, А U, в I, А
Симметричная
Несимметричная
Характер нагрузки Междуфазные нагрузки
UАВ, в IАВ, А UВС, в IВС, А UСА, в I, А
Симметричная
Несимметричная
Для измерения количества электрической энергии собрать принципиальную схему по рис. 4.5. Записать паспортные данные счётчика и ламп, включить схему под напряжение, измерить расход электрической энергии лампами накаливания в течение 15-20 мин и рассчитать сред¬нюю мощность токоприёмников.
Таблица 4.3 Результаты измерения и расчета количества энергии и мощности
Показания счетчика Время, ч Энергия, кВт*ч Мощность, Вт
Начальное Конечное
Лабораторная работа № 5
Ультрафиолетовое и инфракрасное излучение в сельскохозяйственном производстве
Цель работы — изучить влияние инфракрасных (ИК) и ультрафиоле¬товых (УФ) излучений на биологические объекты. Ознакомиться с фи¬зическим принципом действия и устройством источников ИК я УФ из¬лучений на биообъекты. Познакомиться с облучательными установками, изготавливаемыми для облучения сельскохозяйственных животных.
Программа работы
1. Ознакомиться с воздействием излучений на биообъекты и реакци¬ей последних на эти излучения.
2. Изучить устройство и принцип действия источников ИК и УФ из¬лучений.
3. Собрать на стенде схему включения лампы ДРТ с измерительными приборами и произвести опыт.
4. Собрать схему включения ИК источников излучения. Изучить влияние изменения питающего напряжения на эффективность излуче¬ния ламп ИКЗК-220-250 и КГ220 - 1000.
5. Изучить электрическую схему о облучательной установки ИКУФ - 1.
6. Оформить отчёт по работе
Теоретическая часть
ИК-лучи - это невидимые лучи, расположенные за границей видимого света. Открыты английским учёным Уильямом Гершелем в 1800 году. Диапа¬зон этих лучей просто огромен. От 780 до 350 тыс. нм. Для сравнения: видимый свет занимает диапазон всего лишь от 350 (фиолетовый свет) до 780 нм (красный свет).
ИК лучи, как и любые другие, возникает в веществе при его нагреве и ИК лучи , поглощаясь им, нагревают его. Иными словами, эти лучи слу¬жат средством переноса тепла, т.е. для передачи тепловой энергии на расстояние.
С биологических позиций главное, а возможно, и единственное дей¬ствие ИК лучей состоит в глубинном (коротковолновые лучи) иди по¬верхностном (длинноволновые лучи) прогреве живых тканей. Повыше¬ние температуры под действием ИК лучей усиливает биологическую ак¬тивность микроорганизмов, ускоряет их размножение, темп обменных реакций, увеличивает подвижность клеток, способных к самостоятель¬ному движению (лейкоцитов и гистиоцитов) усиливает способность их поглощать микроорганизмы и инородные тела. Повышение температуры увеличивает скорость обменных реакций и позволяет экономить корма.
Используя ИК лучи разного диапазона, можно достичь нужного ле¬чебного результата. Однако, если мощность потока велика, возникает болезненное ощущение. По данным специальных опытов, ощущение бо¬ли появляется при повышении температуры кожи на 10°С. выше нормы.
Ультрафиолетовое излучение, это также излучение невидимого диапазона, примыкающее к ниж¬ней (380 нм) границе видимого спектра. УК лучи были обнаружены в 1801 году немецким физиком И. Риттером и английским учёным У. Уолластоном. Им удалось засветить фотопластинку в невидимой части спектра, непосредственно сразу за фиолетовым цветом. Фотопластинка чернела даже быстрее, чем на видимом свете, отчего оба ученых пришли к выводу, что УФ лучи весьма активны. Ныне принято считать, что УФ лучи занимают диапазон спектра от 380 до 10 нм. Действие их на живые организмы разнообразно. Перечислим наиболее известные формы.
УФ лучи короче 180 нм поглощаются молекулами воздуха, воды и не достигают биосферы.
УФ лучи диапазона 180...230 нм легко поглощаются амино¬кислотами с пептидными связями, дисульфитные мостики гистина по¬глощают лучи с длиной волны 253,7 нм. Поглощённая энергия расходу¬ется на разрыв слабых связей. При разрыве пептидных и дисульфидных связей размеры молекулы белка уменьшаются. В ходе данного процесса называемого фотолизом образуются осколки молекул, которые оказы¬вают сильное действие на организм. Так под действием УФ лучей из аминокислоты гистидина после отделения группировки — СО — образу-ется гнетамин - вещество, расширяющее кровеносные капилляры и увеличивавшее их проницаемость.
Кроме фотолиза в биополимерах под действием УФ лучей происхо¬дят и другие изменения. Обычно молекулы белка имеют одинаковый электрический заряд, при облучении УФ лучами заряд молекул умень¬шается, они легко слипаются, выпадают в осадок и теряют свою актив¬ность (ферментную, антигенную и др.). Все эти, вместе взятые, процес¬сы носят название денатурации.
УФ лучи короче 340 нм вызывают пигментационное действие (загар). Загар защищает клетки дермы и расположенные в ней кровенос¬ные сосуды и нервы от длинноволновых УФ лучей, а также от видимых и ИК - лучей, вызывающих перегрев организма и тепловой удар. Обра¬зуется он в самих нижних клетках эпидермиса - меланобластах в виде ножного пигмента меланина. Исходным материалом для образования меланина служат аминокислоты тирозин, диокси фенил ал анин, а также продукты распада адреналина. УФ - лучи ускоряют образование и нако¬пление меланина, в результате утолщается слой эпидермиса.
Люминесцентный анализ и люминесценция Некоторые веще¬ства, получившие название люминофоров (свет рождающих, лат.) под действием УФ лучей испускают длинноволновые излучения. Их исполь¬зуют в люминесцентных лампах для освещения помещений. Однако лю-минофоры могут образовываться "самостоятельно" в результате различ¬ных патологий растительных тканей. Это явление используется при про¬верке качества сельскохозяйственной продукции, называется оно люми¬несцентным анализом. Ему подвергаются различные продукты. Как пра¬вило, здоровые клетки имеют один цвет, чаще всего монотонный по всей толще исследуемого материала, а пораженные - локально высвечи¬вают зоны поражения. Диагностика заболевания при этом на редкость непродолжительна.
Получение УФ лучей
В соответствии с законом Вина длина волны излучения обратно пропорциональна температуре нагрева источника излучения в градусах Кельвина. Таким образом, любое нагретое тело с температурой выше 3000°К содержит в своим спектре УФ лучи. Это явление можно наблю-дать при электросварке. Практическое применение для этих целей нашел электрический разряд в парах ртути. В настоящее время в сельском хо¬зяйстве применяют три типа источников УФ лучей.
Эритемные люминесцентные лампы типа ЛЭ. Они представ¬ляют собой трубку из увиолевого (обычное кремневое оконное стекло УФ лучи не пропускают) стекла, внутренняя поверхность, которой по¬крыта слоем люминофора, и где коротковолновое излучение (253 нм) преобразуется в длинноволновое.
Бактерицидные ртутные лампы типа ЛБ. Это в принципе те же лампы, что и описанные выше, но только без слоя люминофора.
Лампы высокого давления типа ДРТ (дуговая, ртутная, трубчатая). Устройство такой лампы приведено на рис. 5.1. Колба лампы 1 выполнена из тугоплавкого кварцевого стекла, хорошо пропускающего УФ лучи. К его концам приварены электроды (активированные и само¬клеящиеся). Колба заполнена аргоном (для уменьшения испарения ме¬талла электродов) и небольшим количеством ртути. Лампу к арматуре крепят металлическими держателями 3, между которыми проложена лента из фольги 4, предназначенной для облегчения зажигания разряда. На принципиальных схемах фольга показана условным графическим обозначением конденсатора, фактическую роль которого она и выполня¬ет. Лампа включается в сеть (рис 5.2.) последовательно с дросселем LL ограничивающим ток и стабилизирующим разряд в газовой среде лампы.
Рис 5.1 Устройство лампы ДРТ, где 1 – кварцевая трубка; 2 – электроды; 3 – держатель; 4 – лента из фольги
Рис 5.2 Схема включения лампы ДРТ в сеть
Кнопка SB и конденсатор CI, включённые па¬раллельно лампе, служат для получения зажи-гающего импульса повышенного (больше но¬минального) напряжения, для обеспечения пробоя межэлектродного промежутка путем взаимодействия дросселя LL с конденсатором С2 (фольгой). В течение 5... 10 мин после включения лампа разогревается, и лишь по¬том электроразряд в парах ртути начнет гене¬рировать УФ поток. Повторно зажигать лампу после погасания можно только после того, как она остынет.
Рис 5.3 Устройство кварцевой галогенной лампы типа КГ-220-1000, где 1 – плоскоштампованные ножки (токопроводы) лампы; 2 – молибденовые электроды; 3 – кварцевая трубчатая колба; 4 – Вольфрамовые держатели тела накала; 5 – тело накала (спираль); 6 – плоские контактные поверхности.
Получение ИК лучей
В соответствии с законом Вина источником ИК лучей является любое тело, имеющее температуру, отличную от абсолютного нуля, т.е. не равную 273°С, и до тех пор, пока это тело не начнёт излучать види¬мые или УФ лучи. Все лампы, накаливания являются прекрасными ис-точниками ИК-излучения, видимый свет в их спектре составляет 3...7%, остальные 97...93% есть ИК лучи. Начиная с 50-х годов, для получения ИК лучей применяют так называемые галогенные лампы. В сельском хо¬зяйстве получили широкое распространение лампы типа КГ 220 - 1000 (где 220 - номинальное напряжение, В; 1000 - мощность, Вт). Устроена лампа следующим образом (рис. 5.3.). Цилиндрическая колба 3 диаметром 10 мм и длиной 370 мм изготовлена из кварцевого стекла, имеющего тем¬пературу размягчения свыше 1000°С и высокий коэффициент пропуска¬ния в ИК области спектра.
Установка комбинированного облучения сельскохозяйственных животных
Для облучения ИК и У лучами молодняка применяют установку типа ИКУФ-1 (рис 5.4.), которая рассчитана на 60…120 станкомест. Облучатель представляет собой жесткую трубчатую конструкцию, на концах которой крепятся две ИК лампы типа ИКЗК 220-250, а между ними УФ лампа типа ЛЭ. Суммарная мощность облучателя 540 Вт.
Электрическая схема предусматривает два режима работы - автома¬тический и ручной. При автоматическом режиме тумблеры SA1 и SA2 устанавливают в положение "А" (автоматический). Продолжительность работы и продолжительность паузы задается (регулируется заранее) ре¬ле времени КТ (тип 2 РВМ). При подаче напряжения в схему автомати¬ческим выключателем QF через размыкающие контакты реле времени КТ:1 и КТ:2 срабатывают магнитные пускатели К.М1 и KMQ, которые своими контактами KM:I...3 и КМ:1 включают ИК - и УФ - лампы, о чём будут сигнализировать (гореть) сигнальные лампы HL 1 и HL 2. Через некоторое время согласно программе контакты КТ: 1 и КТ:2 реле време¬ни КТ размыкаются, 'и наступает пауза в ИК и УФ облучении.
При руч¬ном управлении тумблеры SA 1 и SA 2 устанавливаются в положение Р (ручное). В этом случае облучательные лампы включают, подавая на¬пряжение к катушкам магнитных пускателей КМ 1 и КМ 2, пусковыми кнопками SB 1 и SB 2. Защита устройства от коротких замыканий вы-полняется автоматическим выключателем QF.
Рис 5.4 Электрическая схема установки ИКУФ-1
| | |
| Выбор Языка | 
 |
| Статистика |
 Зарег. на сайте
Всего: 296
Новых за месяц: 0
Новых за неделю: 0
Новых вчера: 0
Новых сегодня: 0
Из них
Администраторов: 3
Модераторов: 2
Проверенных: 2
Обычных юзеров: 289
Из них
Парней: 241
Девушек: 55
Онлайн всего: 1 Гостей: 1 Пользователей: 0
|
|
