Порядок выполнения лабораторной работы

3.1. Собрать схему исследования 3-фазной цепи без нейтрального провода.

3.2. Включись в две фазы одинаковую нагрузку по заданию преподавателя. Изменяя нагрузку в третьей фазе от нуля («обрыв фазы») до максимума, снять показания приборов, записав их в табл. 11

3.3. Повторить опыт при включенном нейтральном проводе

Рис.

Таблица 11

Количество включенных приемников

Измерено

Вычислено

U,   В

UA,   В

UB,   В

UC,   В

UnN,   В

IA,   А

IB,   А

IC,   А

In,   А

PA,   Вт

PB,   Вт

PC,   Вт

P3,   Вт.

Схема без нейтрального провода

–

–

–

–

–

–

Схема с нейтральным проводом

–

–

–

–

–

–

3.4. Включить в цепь по схеме рис. 15 с нейтральным проводом между зажимами a – x, b – y, c – z приемники Z_a, Z_b, Z_c согласно табл. 10. В качестве активного приемника на универсальном лабораторном стенде использовать нагрузку любой фазы, в качестве активно-индуктивного приемника – реальную катушку на 2400 витков, емкостного – конденсаторы на стенде С2 или СЗ. Измерить и записать в табл. 12 результаты измерений и сравнить их с результатами расчета.

Таблица 12

Вид операции

U,   В

Ua,   В

Ub,   В

Uc,   В

UnN,   В

Ia,   А

Ib,   А

Ic,   А

In,   А

P,   Вт

Q,   вар

S,   ВА

Вычислено

Измерено

4. Рекомендации по построению векторных диаграмм

По результатам измерений в п. 3.3 (для активной нагрузки) построить топографические векторные диаграммы, совмещенные с векторными диаграммами токов: для цепи без нейтрального провода - в режимах обрыва фазы, симметричной нагрузки и максимальной нагрузки в регулируемой фазе; для цепи с нейтральным проводом - в режиме обрыва фазы. Указать масштаб построений (по току и напряжению).

Топографическую диаграмму можно строить методом засечек, откладывая из вершин равностороннего треугольника линейных напряжений засечки радиусом, равным в принятом масштабе измеренным значениям фазных напряжений. Точка пересечения трёх засечек соответствует нейтрали n; соединяя ее с центром симметрии треугольника (точка N) и с его вершинами (точки А, В, С), получают векторы . Векторы токов провести из точки n по отношению к соответствующим фазным напряжениям. Выполнить сравнительный анализ полученных результатов и сформулировать краткие выводы.

Контрольные вопросы

1. Каковы особенности и достоинства 3-фазного тока?

2. Что называют симметричной и несимметричной нагрузкой в трехфазной цепи?

3. Какая схема соединения трехфазных приемников называется «звездой»?

4. Что такое фазные и линейные токи и напряжения при соединении в звезду и каковы соотношения между ними при симметричной и несимметричной нагрузках?

5. Как определяется напряжение смещения нейтрали при соединении нагрузки в звезду?

6. Какова роль нейтрального провода в трехфазной цепи?

7. Как вычислить мощность, потребляемую трехфазным приемником?

7. Достоинство трехфазных систем.

8. Написать формулу U_nN через проводимости фаз.

9. Написать чему равны напряжения U_a, U_b, U_c, при несимметричной нагрузке, включенной в трехпроводную сеть..

10. Как определяются мощности трехфазного приемника?

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №5

ИССЛЕДОВАНИЕ ЦЕПИ ТРЕХФАЗНОГО ТОКА ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПРИЕМНИКОВ ПО СХЕМЕ «ТРЕУГОЛЬНИК»

Цель работы: изучить цепь трехфазного тока при соединении приемника по схеме «треугольник» в симметричном и несимметричном режимах; при активной и реактивной нагрузках.

Общие сведения

Соединением фаз в треугольник называется такое соединение, при котором начало одной фазы соединяют с концом второй фазы, начало второй фазы соединяют с концом третьей фазы, начало третьей фазы соединяют с концом первой фазы. К общим точкам соединения начал и концов присоединяют линейные провода. Два способа графического представления соединения по схеме треугольник показаны на рис. 5.1а и 5.1б.

Рис. 5.1

Важной особенностью соединения приемников по схеме «треугольник» является независимость режима работы каждой фазы от других фаз. При изменении сопротивления в одной из фаз будут меняться ток данной фазы и линейные токи в проводах, соединенных с этой фазой. Токи в двух других фазах при этом не изменятся. Поэтому схема соединения приемников треугольником широко используется при несимметричной нагрузке фаз.

Рассмотрим схему соединения фаз генератора в звезду и фаз приемника электрической энергии в треугольник, рис. 5.2.

Рис. 5.2

Из схемы видно, что если сопротивления линейных проводов равны 0, то фазные напряжения приемника будут равны соответствующим линейным напряжениям генератора, то есть U_ф=U_л. Фазное напряжение при треугольнике в раза больше, чем фазное напряжение при звезде.

Принятым условным положительным направлениям линейных напряжений (рис.5.1) соответствуют условные положительные направления токов; токи в фазах равны:

; ; . (1)

Для узлов a, b, c (рис.7.1) линейные токи по первому закону Кирхгофа равны:

; (2)

; (3)

. (4)

Для симметричной нагрузки и, следовательно, фазные токи имеют одинаковый угол φ к фазным напряжениям.

На рис.5.3 приведены векторные диаграммы напряжений и токов при симметричной нагрузке, соединении треугольником (нагрузка фаз активно – индуктивная).

Рис.5.3

Из диаграммы следует, что при симметричной нагрузке соотношение между фазными и линейными токами равно:

. (5)

Расчет токов ведут для одной фазы:

и . (6)

В случае несимметричной нагрузки, например увеличение нагрузки в фазе «ab» (Z_ab≠Z_bc=Z_ca), ток в фазе «ab» возрастает, в двух других фазах «bc» и «ca» будет прежним, то есть I_ab≠I_bc=I_ca. На рис.5.4а приведена векторная диаграмма этого случая.

Рис.5.4

При увеличении сопротивления фазы «bc» до бесконечности, что соответствует обрыву этой фазы, ток в ней I_bc=0 и уравнения (2)...(4) запишутся в виде:

; ; . (7)

Векторная диаграмма этого случая дана на рис.5.4б.

Мощности приемников для соединения треугольником.

Активная мощность каждой фазы при соединении нагрузки треугольником равна:

(8)

Активная, реактивная и полная мощности приемников трехфазной цепи при несимметричной нагрузке равны:

, , (9)

При симметричной нагрузке активная и реактивная мощности приемников трехфазной цепи равны:

; (10)

или

; (11)

Полная мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке:

или . (12)

Полная мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке:

. (13)

Домашнее задание по подготовке к занятию

2.1. Изучить теоретический материал по учебнику.

2.2. Подготовить бланк отчета по лабораторной работе.

2.3. По заданному линейному напряжению U_л=127 В и параметрам трехфазных приемников, соединенных по схеме “треугольник” согласно варианту по табл. 5.1 определить: фазные и линейные токи; реактивные и полные мощности.

Таблица 7.1

Номер варианта
Zab, Ом								32j
Zbс, Ом					-32j	32j
Zca, Ом	75j	-75j						-75j

2.3. По результатам расчетов построить в масштабе векторную диаграмму токов на комплексной плоскости. Расчет домашнего задания и векторную диаграмму приложить к отчету по лабораторной работе.

Порядок выполнения работы

Собрать трехфазную цепь, подключив активную нагрузку по схеме «треугольник» (рис. 5.5а). После проверки схемы преподавателем, установить симметричную нагрузку фаз и включить стенд. Изменяя нагрузку в одной из фаз, снять показания приборов и записать их в таблицу 5.2.

Рис.

Таблица 5.2

Характер нагрузки

Измерено

Вычислено

Uл, В

IA, А

IB, А

IC, А

Iab, А

Ibc, А

Ica, А

Zab, Ом

Zbc, Ом

Zca, Ом

Pa, Вт

Pb, Вт

Pc, Вт

P, Вт

Q, Вар

S, ВА

Активная (симметричная)

‑

Активная (несимметричная)

‑

Активно-индуктивная нагрузка

Активно-емкостная Нагрузка

3.2. Подключить в одну из фаз приемника активно-индуктивную нагрузку (рис.5.6а). В качестве активно-индуктивного приемника использовать реальную катушку индуктивности на 2400 витков. Снять показания приборов и записать их в таблицу 7.2.

3.3. Подключить в одну из фаз приемника активно-емкостную нагрузку (рис.5.6б). В качестве активной составляющей использовать нагрузку соответствующей фазы на универсальном лабораторном стенде, а в качестве емкостной – конденсаторы C2 или C3 на стенде. Снять показания приборов и записать их в таблицу 5.2.

Рис. 5.6

3.4. По результатам измерений вычислить значения величин, приведенных в таблице 5.2.

3.5. Построить топографические векторные диаграммы напряжений и токов: для цепи с активной симметричной нагрузкой; цепи с активной несимметричной нагрузкой.

Рекомендации по построению векторных диаграмм

4.1. Построение векторных диаграмм для приемника, включенного по схеме «треугольник», следует начинать с построения звезды фазных напряжений U_a, U_b, U_c (она же является и звездой линейных напряжений U_АВ, U_ВС, U_СА, т.к. для треугольника фазные и линейные напряжения равны). Векторы фазных токов I_ab, I_bc, I_ca откладываются совпадающими по фазе с векторами соответствующих фазных напряжений. Векторы линейных токов I_А, I_В, I_С находятся в соответствии с уравнениями (2)...(4).

Контрольные вопросы

1. Какое соединение приемников называется треугольником?

2. Как связаны линейные и фазные напряжения при включении приемника по схеме “треугольник”?

3. Как связаны линейные и фазные токи при включении приемника по схеме “треугольник”?

4. Как изменятся фазные напряжения при изменении нагрузки в одной из фаз, если приемник включен по схеме “треугольник”?

5. Во сколько раз изменяется фазные и линейные токи и напряжения при переключении симметричной нагрузки со “звезды” на “треугольник”?

6. Во сколько раз изменяются мощности при переключении симметричной нагрузки со “звезды” на “треугольник”?

7. Зависит ли мощность трехфазного приемника от схемы его включения?

8.

9.

10.

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №6