Аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки в треугольник
Общие сведения
При коротких замыканиях в фазах нагрузки или между линейными проводами токи резко возрастают и происходит аварийное отключение установки защитой.
Обрывы фаз или линейных проводов при соединении нагрузки в треугольник не приводят к перегрузкам по токам или напряжениям, как это иногда случается при соединении нагрузки в звезду.
При обрыве одной фазы нагрузки (рис. 8.5.1) ток этой фазы становится равным нулю, а в оставшихся двух фазах ток не меняется. Два линейных тока уменьшаются в раз, т. е. становятся равными фазному току, а третий остаётся неизменным.
Рис. 8.5.1.
При обрыве линейного провода (например, В) фазные сопротивления RAB и RBC оказываются соединёнными последовательно и включёнными параллельно с сопротивлением RCA на напряжение UCA (рис. 8.5.2). Цепь фактически становится однофазной.
Рис. 8.5.2
При одновременном обрыве линейного провода и одной фазы нагрузки цепь также становится однофазной (рис. 8.5.3 и 8.5.4).
Рис.8.5.3
Рис.8.5.4
Экспериментальная часть
Задание
Экспериментально исследовать аварийные режимы трёхфазной цепи при соединении нагрузки в треугольник.
Порядок выполнения работы
· Соберите цепь цепь согласно схеме (рис.8.5.5) с сопротивлениями фаз RAВ=RBС=RCА=1кОм и измерьте линейные и фазные токи в симметричном режиме.
· Проделайте измерения фазных и линейных токов (отличных от нуля) во всех режимах, указанных в табл. 8.5.1. (Измерения токов можно производить одним – двумя амперметрами, переключая их из одной фазы в другую, либо виртуальными приборами).
Рис.8.5.5
· По экспериментальным данным постройте векторные диаграммы для каждого аварийного случая в выбранном масштабе.
· Ответьте на контрольные вопросы.
Таблица 8.5.1
Режим | IAB, мА | IBC, мА | ICA, мА | IA, мА | IB, мА | IC, мА |
Симметричный режим, Rф=1 кОм | ||||||
Обрыв фазы АВнагрузки | ||||||
Обрыв линейного провода А | ||||||
Обрыв фазы АВ и линии С | ||||||
Обрыв фазы АВи линииА |
Векторные диаграммы
- Обрыв фазы АВ нагрузки
Обрыв линейного провода А
3. Обрыв фазы АВ и линии С 4. Обрыв фазы АВ и линии А
Вопрос:Как вычислить мощность несимметричной трёхфазной нагрузки?
Ответ: ……….
Вопрос:Как (во сколько раз) увеличиваются или уменьшаются фазные и линейные токи в каждом из рассмотренных аварийных режимов?
Ответ: ……….
Расчёт и экспериментальное исследование цепи при несинусоидальном приложенном напряжении
(для компьютерного варианта стенда)
Общие сведения
Несинусоидальное периодическое напряжение, приложенное к электрической цепи, можно разложить в ряд Фурье:
где
Расчёт цепи проводят с использованием принципа наложения в следующей последовательности:
· рассчитывают цепь при постоянном приложенном напряжении U0;
· рассчитывают цепь (обычно комплексным методом) при синусоидальном приложенном напряжении с амплитудой U1m частоты и частотой w (k=1);
· повторяют расчёт при k = 2, 3, 4, …, учитывая, что индуктивные сопротивления увеличиваются с ростом частоты ( ), а ёмкостные уменьшаются ( );
· переходят к мгновенным значениям и суммируют постоянную и синусоидальные составляющие тока (напряжения) в каждой ветви;
· определяют действующие значения токов и напряжений, а также мощности по формулам:
·
где Uk, Ik – действующие значения синусоидальных составляющих.
Чем больше гармоник взято для расчёта, тем выше точность полученных результатов. На рис. 9.1 приведен в качестве примера экспериментальный график тока в
цепи с последовательным соединением R, L, и C при двуполярном прямоугольном приложенном напряжении. На этот график наложены в том же масштабе два расчётных графика: один сделан с учётом только первой и третьей гармоник, а в другом учтены 5 гармоник - с первой по одиннадцатую.
В приложении приведена MathCAD-программа расчёта этих графиков с комментариями.
Экспериментальная часть
Задание
Рассчитать мгновенное и действующее значение тока и напряжения на конденсаторе, а также потребляемую цепью активную мощность при прямоугольном периодическом приложенном напряжении, построить график изменения тока на входе цепи, проверить результаты расчёта путём осциллографирования и непосредственных измерений.
Рис. 9.1
Порядок выполнения работы
· Выбрать один из приведенных ниже вариантов параметров цепи (рис. 9.2) и выполнить расчёт согласно заданию, учитывая основную гармонику и одну – две высших. По результатам расчёта мгновенных значений на рис.9.3 построить графики, а действующие значения и мощность занести в табл. 9.1.
Варианты параметров элементов цепи и приложенного напряжения:
L = 10 мГн (RK=17 Ом), L = 40 мГн (RK=70 Ом), L = 100 мГн, (RK=170 Ом);
С = 0,22, 0,47 или 1 мкФ;
R = 47, 100, 150, или 220 Ом;
Um=8…10 B, f=0,5…1 кГц.
· Собрать цепь (рис.9.2) с принятыми в расчёте параметрами элементов, включить виртуальные приборы для измерения действующих значений тока и напряжения на конденсаторе и осциллограф.
· Установить на источнике принятые значение частоты и амплитуду прямоугольных импульсов и перенести осциллограмм на рис. 9.4. Записать в табл. 9.1 действующие значения тока и напряжения на конденсаторе.
Рис.9.2
· Переключить вольтметр на вход цепи, включить виртуальный измеритель активной мощности и занести его показание также в табл. 9.1.
· Сравнить результаты расчёта и эксперимента и сделать выводы.
Таблица 9.1
I, мА | U, В | Р. мВт | |
Расчётные значения | |||
Экспериментальные значения |
Рис.9.3
Рис. 9.4
Приложение