Меню

Исследование цепи трехфазного тока при соединении фаз нагрузки звездой

Трехфазные цепи. Соединение нагрузки звездой

Лабораторная работа 8

ТРЕХФАЗНЫЕ ЦЕПИ.

СОЕДИНЕНИЕ НАГРУЗКИ ЗВЕЗДОЙ

Цель работы: изучить цепь трехфазного тока при соединении приемника звездой в симметричном и несимметричном режимах. Определить роль нейтрального (нулевого) провода.

ОСНОВНЫЕ ПОНЯТИЯ

Трехфазной системой переменных токов называется совокупность трех однофазных электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, сдвинутые по фазе на 1/3 периода и создаваемые общим источником электрической энергии. Трехфазная система была изобретена и разработана во всех деталях талантливым русским инженером -Добровольским в 1891 году.

Источником энергии в трехфазной системе служит трехфазный генератор. В пазах его статора размещены три электрически изолированные друг от друга обмотки (фазные обмотки или просто фазы) генератора. Если ротор генератора двухполюсный, то оси фазных обмоток генератора повернуты в пространстве относительно друг друга на угол 2p/3. При вращении ротора в фазных обмотках статора индуктируются синусоидальные фазные ЭДС. Вследствие симметрии конструкции генератора максимальные Em и действующие Е значения ЭДС во всех фазах одинаковы.

Соединение фаз (обмоток) генератора может осуществляться по схеме “звезда” или “треугольник”. Фазы трехфазного генератора принято обозначать первыми буквами латинского алфавита: A, B, C. Чередование фаз генератора строго определенное и определяется изменением во времени фазных ЭДС, т. е. в очередности максимумов ЭДС: сначала фазы А, затем через 1/3Т фазы В и через 2/3Т фазы С. Такая последовательность чередования называется прямой.

Мгновенные значения ЭДС трехфазных обмоток генератора равны:

eA=Emsinwt eB=Emsin(wt-2/3p) eC=Emsin(wt-4/3p) (1)

На рис.8.1 показаны графики мгновенных значений фазных ЭДС и три вектора соответствующих им действующих значений ЭДС.

Как видно из рис.8.1 сумма мгновенных значений ЭДС в любой момент времени равна нулю, следовательно, геометрическая сумма действующих значений фазных ЭДС генератора также равна нулю:

Согласно рис.8.1, выразим комплексные значения ЭДС трехфазного генератора через одинаковое для всех трех фаз действующее значение E, тогда

Для получения трехфазной системы необходимо определенным образом соединить также фазы приемника, обычно по схеме “звезда” или “треугольник”.

B настоящее время трехфазная система является основной для передачи и распределения энергии.

Фазные обмотки трехфазного генератора можно соединить с тремя приемниками по схеме “звезда”. “Звездой” называется такое соединение, при котором концы фаз соединены в одну общую точку N называемую нейтральной или нулевой, а к началам фаз А, B, C подведены линейные провода. В «звезду» соединяют и фазы нагрузки с нулевой точкой n и началами фаз a, b, c (Рис.8.2).

Провод, соединяющий точки N-n, называется нейтральным или нулевым. Провода, соединяющие точки А-а, В-в и С-с, называют линейными.

Приняв сопротивления всех проводов равным нулю, можно определить токи трех фаз приемника и генератора :

Токи IA, IB, IC, протекающие по линейным проводам, называют

линейными (IЛ). Токи протекающие в фазах генератора и в фазах нагрузки называются фазными токами (Iф). Для соединения “звездой” линейные токи равны фазным, то есть

Ток в нейтральном проводе по первому закону Кирхгофа равен:

Приемники с одинаковым сопротивлением всех трех фаз Za=Zb=Zc называются симметричными. При симметричном приемнике IA=IB=IC и ток в нейтральном проводе IN=0

Напряжение между началом и концом фазы генератора (или фазы нагрузки) или напряжение между линейным и нулевым проводом называется фазным напряжением. Для генератора и линии электропередачи фазные напряжения (их три) обозначаются так: UA, UB, UC или Uф. Фазные напряжения нагрузки обозначаются так: Ua, Ub, Uc .

Напряжения между двумя началами фаз генератора (или двумя началами фаз нагрузки) или между двумя линейными проводами называются линейными и обозначаются для генератора и линии электропередачи: UAB, UBC, UCA, или Uл, для нагрузки Uab, Ubc, Uca.

Рассматривая поочередно контуры abn, bcn, can (рис.8.2) по второму закону Кирхгофа линейные напряжения равны :

Пользуясь этим соотношением, построим векторную диаграмму (рис.8.3а) напряжений для симметричной нагрузки.

Из рис.8.3а видно, что “звезда” линейных напряжений опережает “звезду” фазных напряжений на 30°. Отсюда из Dnkb:

UBC/2UB=30° UBC=Ö3*UB, т. е. Uл=Ö3*UФ (8)

При наличии нейтрального провода условие (8) выполняется как при симметричном, так и при несимметричном приемнике. На Рис.8.3b приведены векторная диаграмма фазных напряжений и топографическая диаграмма линейных напряжений.

Фазные коэффициенты мощности равны:

cos φа=Ra/Za ; cos φв=Rb/Zb ; cos φс=Rc/Zc (9)

где φа, φв, φс углы сдвига фаз между фазными напряжениями и фазными токами.

При симметричной нагрузке :

cos φа= cos φв= cos φс=Rф/Zф

Ток в нейтральном проводе IN=0, поэтому для подключения трехфазных симметричных установок (нагревательных печей, сушильных установок, электродвигателей и других симметричных установок) применяется трехпроводная цепь. Для осветительной нагрузки наличие нейтрального провода обязательно, так как почти постоянно сохраняется несимметрия. В нейтральном проводе в четырехпроводной осветительной сети запрещена установка предохранителей или выключателей, так как при отключении нейтрального провода фазные напряжения могут стать неравными. В одних фазах напряжение будет больше номинального, в других – меньше номинального. В обоих случаях возможен выход приемника из строя. При этом нарушается цепь защитного зануления.

Векторная диаграмма напряжений и токов при симметричной активно-индуктивной нагрузке приведена на рис.8.4

При несимметричном приемнике, например : Za¹Zb¹Zc соотношение IЛ=IФ сохраняется, а соотношение Uл=Ö3*UФ нарушается.

На рис.8.5 показана векторная диаграмма при увеличении нагрузки в фазе «а», то есть при Za Ibc=Ica. На рис.9.4 приведена векторная диаграмма этого случая.

При увеличении сопротивления фазы “bc” до бесконечности, что соответствует обрыву этой фазы, ток в ней Ibc=0 и уравнения (2) запишутся в виде:

Векторная диаграмма этого случая дана на рис.9.5

В случае обрыва одного из линейных проводов (например, провода А) цепь становится однофазной с двумя параллельными ветвями, находящимися под напряжением Ubc.

Векторная диаграмма для обрыва линейного провода фазы дана на рис.9.6

Мощности приемников для соединения треугольником.

Активная мощность каждой фазы при соединении нагрузки треугольником, например, фазы ab, равна : Pab=Uab*Icb*cos φab

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

P=Pab+Pbc+Pca, Q= ±Qab±Qbc±Qca S =

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

P=Ö3UЛ* IЛ*cos φФ

Полная мощность трехфазной цепи при симметричной нагрузке:

S=3SФ или S=Ö3*UЛ*IЛ

Полная мощность трехфазной цепи при несимметричной нагрузке:

МЕТОДИКА ЭКСПЕРИМЕНТА.

Описание работы стенда смотрите в данном разделе предыдущей работы (№ 8)

Обрыв фазы осуществляется отсоединением приемника в точке a, b или с. Измерение напряжения производится вольтметром V.

ТРЕБОВАНИЯ БЕЗОПАСНОСТИ ТРУДА.

Смотрите соответствующий раздел лабораторной работы (№ 8)

ПОРЯДОК ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТЫ.

Приборы и принадлежности :

Описание работы стенда дано в предыдущей лабораторной работе (№ 8).

A1, А2, А3 – амперметры для измерения линейных токов;

A4, А5, А6 – амперметры для измерения фазных токов;

V – вольтметр для измерения фазных и линейных напряжения;

1. Ознакомьтесь с лабораторным стендом, найдите сетевой выключатель, тумблеры включения – отключения дополнительных нагрузок

2. Соберите схему соединения нагрузки в треугольник. Монтажная схема приведена на стенде. Покажите схему для проверки преподавателю или лаборанту.

3. Запишите технические данные применяемых приборов.

4. Включите стенд и установите симметричную нагрузку фаз. Тумблеры SA1, SA2, SA3, по указанию преподавателя, должны быть отключены, либо включены. Тумблер SA4 в исходном состоянии должен быть включен.

По показаниям амперметров убедитесь в равенстве токов в фазах и линейных проводах. Данные измерений токов и напряжений всех опытов запишите в табл. 9.1. В графе “Режим нагрузки” укажите режим нагрузки (симметричная или несимметричная).

Читайте также:  Закон кирхгофа для цепи с источником тока мощность цепи

5. Выполните следующие опыты при несимметричной нагрузке:

— увеличение нагрузки в одной из фаз

— увеличение нагрузки в двух фазах

— обрыв фазного провода

— обрыв линейного провода

ОБРАБОТКА РЕЗУЛЬТАТОВ ЭКСПЕРИМЕНТА.

В работе обработка результатов эксперимента проводится в соответствии с соответствующим разделом предыдущей работы. Сделайте выводы по работе по форме приведенной в лабораторной работе №10 настоящего руководства.

ВОПРОСЫ ДЛЯ САМОПРОВЕРКИ.

1. Каковы цели работы и порядок ее выполнения? Ответ пояснить по схеме лабораторной работы.

2. Изобразить схему опыта с включением всех приборов. Указать назначение всех приборов.

3. Написать формулу связи линейных токов и напряжений с их фазными значениями при симметричной и несимметричной нагрузках при соединении нагрузки в треугольник. Как определяются фазные мощности, мощности всей трехфазной цепи?

4. Каков порядок построения векторной диаграммы напряжений и токов для активной нагрузки?

5. Изобразить векторную диаграмму напряжений и токов при увеличении нагрузки в одной из фаз.

6. Изобразить векторную диаграмму напряжений и токов при увеличении нагрузки в двух фазах.

7. Изобразить векторную диаграмму напряжений и токов при обрыве фазного провода.

8. Во сколько раз изменяется фазные и линейные токи и напряжения при переключении симметричной нагрузки со “звезды” на “треугольник”? Ответ пояснить на примере данных, полученных при исследовании нагрузки, соединенной в “звезду” по предыдущей лабораторной работе.

9. Во сколько раз изменятся мощности при переключении схемы нагрузки со “звезды” на “треугольник”? Ответ пояснить на примере данных, полученных в предыдущей лабораторной работе при

10. Построить векторную диаграмму токов и напряжений при обрыве линейного провода.

Литература

1. , Немцов . Учеб. для вузов.- М.: Высш. шк., 2000. – 542 с.

Время отведенное на лабораторную работу.

Подготовка к работе

Обработка результатов эксперимента и

Отчет по лабораторной работе

Лабораторная работа №10

ИЗУЧЕНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ФАЗ ПРИЕМНИКА ЗВЕЗДОЙ И ТРЕУГОЛЬНИКОМ

Цель работы: изучить цепь трёхфазного тока при соединении фаз приёмника сначала по схеме «звезда», затем по схеме «треугольник» в симметричном и несимметричном режимах.

Основные понятия.

Смотри соответствующие разделы лабораторных работ № 8 и № 9.

Методика эксперимента.

Лабораторная работа проводится на стенде, описание которого приводится на странице 9 данного руководства. Для выполнения работы, в учебной группе преподаватель формирует чётное число бригад (2,4 или 6). При этом нечётные бригады выполняют сначала работу № 8, а чётные — № 9. Затем бригады обмениваются местами, и уже на собранных стендах выполняют работу соответственно: нечетные № 9, четные — № 8. Порядок постановки опытов в лабораторной работе №10 такой же, как и лабораторных работах № 8 и № 9, но по сокращенной схеме. Исследуются 3 трехфазных цепи:1.Четырехпроводная цепь при соединение фаз нагрузки звездой; 2. Трехпроводная цепь при соединении фаз нагрузки звездой. 3. Трехпроводная цепь при соединении фаз нагрузки в треугольник. Для каждой цепи выполняют 2 режима нагрузки : а) симметричная ; б)несимметричная (например увеличение нагрузки в одной из фаз). Таким образом, выполняется 6 опытов. Требования безопасности труда такие же, как в соответствующем разделе лабораторной работы № 8.

Порядок выполнения работы :

1. Ознакомьтесь с лабораторным стендом. Найдите сетевой выключатель, тумблеры включения дополнительных нагрузок (ламп накаливания) SA1….SA3, которые должны быть отключены, тумблер отключения

фазы SA4, который должен быть включен. Амперметры А1, А2, А3,

предназначены для измерения линейных токов при соединении фаз приемника в треугольник. Амперметр А4- для измерения тока в нулевом проводе четырехпроходной цепи. Амперметры А5, А6, А7.- для измерения фазовых токов как при соединении фаз нагрузки по схеме «звезда», так по схеме «треугольник». Для измерения фазных и линейных напряжений на схеме имеется вольтметр на 50 вольт. Для измерения напряжения между нейтралями генератора и нагрузки на стенде имеется вольтметр на 15 вольт.

2.Соберите схему опыта. Нечетные бригады собирают схему, по которой фазы приемника соединяется по схеме «звезда» а четные по схеме «треугольник». Монтажные схемы, приведены на стендах.

3. Нечетные бригады выполняют работу в следующем порядке :

А. исследуется 4-х проводная цепь по схеме «звезда»

Опыт 1: симметричная нагрузка. В табл.1 лабораторной работы № 8 записываются показания амперметров и измеренные линейные и фазные напряжения.

По результатам измерения токов и напряжений делается вывод, форма которого приведена в конце данного раздела.

Опыт 2. Несимметричная нагрузка. Для этого по указанию преподавателя включается один из тумблеров SA1…..SA3 и вновь в таблицу данных записывается показания амперметров и вольтметров и в выводы записываются результаты наблюдений.

Б. Исследуется 3-х проводная цепь при соединении фаз приемника в «звезду»

Опыт 3. Симметричная нагрузка. Для этого выключить тумблер, который был включен в опыте 2 и отключить автоматический выключатель QF4, отключив тем самым нулевой провод. Записать показания приборов в таблицу, а в выводах записать результаты наблюдений.

Опыт 4. Несимметричная нагрузка. Включается тот же тумблер, что и в опыте 2. В таблицу записываются показания всех приборов, а в выводах записываются результаты наблюдений.

В. Далее нечетные бригады переходят к стендам, где собрана схема соединения фаз приемника в «треугольник».

Опыт 5. Симметричная нагрузка. Тумблеры SА1. . ……..SA3 отключены, тумблер SA4 включен.

Включив сетевой выключатель SA, записывают показания амперметров и вольтметра в табл. 9.1 (стр.15 настоящего руководства ) и заполняют выводы.

Опыт 6. Несимметричная нагрузка. Тоже, что и в опыте 2.

После этого записывается технические характеристики всех применяемых приборов.

Четные бригады проводят опыты в следующем порядке: Опыт 5; Опыт 6; Опыт 1; Опыт 2; Опыт 3; Опыт 4.

В соответствии с полученными данными провести расчеты и результаты расчетов записать в таблицу в графы «вычислено».

Для всех опытов построить векторные диаграммы напряжений и токов в масштабе на миллиметровой бумаге или бумаге в клетку.

Выводы по работе.

1. Соединение фаз приемника в «звезду».

А. 3-х фазная, 4-х проводная цепь ( с нулевым проводом).

Опыт 1. При симметричной нагрузке 3-х фазной, 4-х проводной цепи, при соединении фаз приёмника в «звезду» нами установлено:

напряжения на фазах приёмника __________между собой, лампы горят с___________яркостью

(равны или не равны ) ( одинаковой или разной)

линейные напряжения ____________ фазных в _________ раз,

(больше, меньше) (число)

что отличается от теорететич. на________%

Опыт 2. При несимметричной нагрузке в 3-х фазной, 4-х проводной цепи, при соединении фаз в «звезду» из опыта получили:

— напряжения на фазах приёмника ________________________________________

(изменились или нет, равны или не равны между собой)

— лампы горят _____________________________ яркостью

(с одинаковой или разной яркостью)

— линейные напряжения _______________________ фазных в _______ раз

(больше, меньше) (число)

Таким образом, наличие 4-го провода обеспечивает ________________фазных напряжений

и позволяет включать в такую сеть ___________________________________________

( а) симметричную, б) несимметричную, в) и симметр. и несимметр. нагрузку)

Б. 3-х фазная, 3-х проводная цепь. Соединение фаз приёмника в «звезду».

Опыт 3. Симметричная нагрузка.

фазные напряжения на нагрузке _____________лампы горят с____________яркостью

(изменились или нет) ( одинаковой или разной)

— нулевой провод при симметричной нагрузке_____________________________

(обязателен или необязателен)

Опыт 4. Несимметричная нагрузка.

При несимметричной нагрузке в 3-х фазной, 3-х проводной цепи, при соединении фаз в «звезду».

Читайте также:  Схема измерения тока утечки конденсаторов

— фазные напряжения на нагрузке ___________________яркость ламп_________________

(одинаковые или различные) (одинаковая или различная)

— несимметричную нагрузку в 3-х фазную, 3-х проводную цепь включать __________________

2. Соединение фаз приемника в треугольник.

Опыт 5.Симметричная нагрузка.

При соединении фаз приемника по схеме «треугольник» из опыта установлено:

Фазные напряжения______________по сравнению с таким же режимом по схеме «звезда»

лампы горят ______________яркостью и ___________________ по сравнению со схемой «звезда»

( с одинаковой или разной ) ( ярче или слабее)

Линейные токи__________фазных в ______раз, что отличается от теоретического на ____%

(больше или меньше)

Опыт 6. Несимметричная нагрузка.

Напряжения на фазах нагрузки ____________________________________________

(уменьшились, увеличились, не изменились)

Таким образом, по схеме «треугольник» можно включать

( а) симметричную, б) несимметричную, в) и симметричную и несимметричную)

Обработка результатов эксперимента см. соответствующий раздел лаб. раб.№ 8.

Вопросы для самопроверки см. соответствующие разделы лаб. раб.№ 8 и № 9 .

Источник

«Исследование трехфазной цепи при соединении приемников в звезду»

Лабораторная работа №2

Выполнил студент группы

Лабораторная работа №2 Исследование трехфазной цепи при соединении приемников в звезду

Цель работы – исследование трех однофазных приемников, соединенных в звезду с нейтральным и без нейтрального провода при различных режимах работы цепи.

Краткие теоретические сведения

Трехфазная цепь представляет собой совокупность трех электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, амплитуды, сдвинутые друг относительно друга на 120 0 и создаваемые общим источником энергии. Такая трехфазная система называется симметричной. Каждую цепь трехфазной системы, характеризующуюся одним током, называют фазой.

Трехфазные цепи имеют ряд преимуществ перед однофазными цепями: возможность получения от одного генератора двух различных эксплуатационных напряжений – фазного и линейного; экономичность передачи энергии на дальние расстояние (экономится цветной металл на изготовление ЛЭП); возможность получения вращающегося магнитного поля, необходимого для работы электродвигателей переменного тока.

Трехфазная цепь состоит их трех основных частей: трехфазного генератора, линии передачи и приемников.

Рис. 1. Условные обозначения обмоток трехфазных генераторов

Фазы трехфазного генератора (см. рис. 1), приемника могут соединяться звездой (λ) или треугольником (Δ).

Звездой называют соединение, при котором концы фаз генератора X, Y, Z или приемника x, y, z соединяются в один большой узел N или n, называемый нейтральной точкой или нейтралью генератора или приемника (см. рис. 2). Провод N-n, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называют нейтральным или нулевым.

Рис. 2. Схема четырехпроводной трехфазной цепи

Звезду с нейтральным проводом называют четырехпроводной, а без нейтрального провода – трехпроводной. Провода, соединяющие начала фаз генератора и приемника, называют линейными. По линейным проводам A-a, B-b, C-c протекают линейные токи IA, IB, IC. В фазах генератора и приемника протекают фазные токи Ia, Ib, Ic. Фаза генератора, линейный провод и фаза приемника соединяются последовательно, поэтому линейный ток одновременно является фазным: IA= Ia, IB= Ib, IC= Ic, т.е.

IЛ = IФ (1)

Уже отмечалось. Что важной особенностью трехфазных цепей является наличие двух напряжений – фазного и линейного.

Фазным U­Ф называют напряжение между началом и концом каждой фазы генератора или приемника.

UA, UB, UC – фазные напряжения генератора.

Линейным UЛ называют напряжение между началами двух фаз.

Соотношения между линейными и фазными напряжениями можно определить из уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа для контуров ANBA, BNCB, CNAC (рис. 2).

На рис. 3.а и 3.б представлены векторная и топографическая векторная диаграмма фазных и линейных напряжений, построенных по этим уравнениям.

Рис. 3. Векторная (а) и топографическая векторная (б) диаграммы напряжений трехфазного генератора.

Из диаграммы напряжений на рис. 3.а можно определить как количественные, так и фазовые соотношения между фазными линейными напряжениями симметричной системы. Векторы линейных напряжений ŮAB, ŮBC, ŮCA, сдвинуты относительно друг друга на 120 0 и опережают соответственно векторы фазных напряжений ŮA, ŮB, ŮC на 30 0 . Из заштрихованного треугольника следует:

; т.е. (3)

ГОСТом предусмотрены линейные и фазные напряжения, связанные соотношением (3) для цепей низкого напряжения:

UФ=127В, UЛ=127=220В;

UФ=220В, UЛ=220=380В;

UФ=380В, UЛ=380=660В.

Если комплексные сопротивления фаз приемника равны соответственно Za, Zв, Zc, то токи в каждой фазе можно определить по закону Ома:

İа= İв= İc= (4)

На схеме рис. 2. Показаны условно положительные направления, принятые для всех токов и напряжений трехфазной цепи. В соответствии с первым законом Кирхгофа для узла «n» ток в нейтральном проводе

В трехфазной цепи различают основные режимы работы.

Симметричный режим, при котором комплексные

и сдвинуты по фазе относительно соответствующих фазных напряжений на один и тот же угол φabc.

На рис. 4.а изображена векторная диаграмма фазных напряжений и токов для случая, когда нагрузка каждой фазы приемника носит активно-индуктивный характер, например электродвигатель.

Из векторной диаграммы рис. 4.б видно, что геометрическая сумма всех токов равна нулю

Из сравнения (5) и (6) следует, что İn=0.

Отсюда вывод: при симметричной нагрузке фаз ток в нейтральном проводе отсутствует, поэтому необходимость в нем отпадает. Получается трехпроводная цепь. В нее включаются симметричные трехфазные приемники, например, трехфазные электродвигатели, электрические печи.

Несимметричный режим, при котором комплексные

В цепи с нейтральным проводом фазные напряжения приемника равны фазным напряжениям генератора, поэтому изменение режима работы одной из фаз не оказывает влияния на режим работы двух других фаз. Нейтральный провод обеспечивает равенство фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке. Для несимметричного приемника векторы токов уже не образуют симметричную систему и ток в нейтральном проводе

В четырехпроводную цепь включают однофазные несимметричные приемники (лампы накаливания).

При включении несимметричных приемников в трехпроводную трехфазную цепь из-за разных потенциалов точек N и n между ними возникает напряжение UnN, называемое напряжением между нейтралями. В этом случае векторы фазных напряжений приемника образуют несимметричную систему (см. рис. 5.) и определяют из соотношений:

Напряжение UnN определяется по формуле междуузлового напряжения, т.к. трехпроводная цепь представляет собой схему с двумя узлами n и N:

где — комплексные проводимости фаз.

Рис. 5. Векторная диаграмма напряжений и токов несимметричного приемника без нейтрального провода

Токи при этом образуют также несимметричную систему, но вследствие смещения нейтрали приемника их векторная сумма (см. рис. 5) равна нулю.

При несимметричной нагрузке в случае обрыва нейтрального провода величина UnN будет максимальной и на фазах нагрузки могут возникнуть значительные перенапряжения. По этой причине плавкий предохранитель не включают в нейтральный провод.

Активная мощность каждой фазы определяется по формуле:

Активная мощность трехфазного приемника равна арифметической сумме активных мощностей отдельных фаз

Активная мощность симметричного трехфазного приемника:

Аналогично выражается и реактивная мощность:

Так как за номинальные величины обычно принимают линейные напряжения и токи, то мощности удобней выражать через UЛ и IL.

При соединении мощность симметричного трехфазного приемника будет равна:

Источник



Лабораторная работа: Исследование трехфазной электрической цепи при соединении нагрузки звездой

ФЕДЕРАЛЬНОЕ АГЕНСТВО ПО ОБРАЗОВАНИЮ

ГОУ ВПО «УФИМСКИЙ ГОСУДАРCТВЕННЫЙ АВИАЦИОННЫЙ

Кафедра естественно-научных и общепрофессиональных дисциплин

Подпись Дата
Эксперимент выполнен
Работа оформлена
Работа защищена

Отчет по лабораторной работе № 8

«Исследование трехфазной электрической цепи при соединении нагрузки звездой»

Лабораторно-практическое занятие № 8

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ НАГРУЗКИ ЗВЕЗДОЙ

Цель занятия

Исследование трехфазной электрической цепи при различных режимах работы приемников, соединенных звездой.

Читайте также:  При каком напряжении в электроустановке постоянного тока следует выполнять защиту людей

Краткие теоретические сведения

Под трехфазной системой понимается совокупность электрических цепей, в которых действуют синусоидальные ЭДС (напряжения) одной и той же частоты, сдвинутые относительно друг друга по фазе на угол 2π/3 (120°), создаваемые общим источником электрической энергии.

Передача электрической энергии от источника к потребителю в трехфазной трехпроводной системе осуществляется с помощью линейных приводов. В четырехпроводной системе имеется четвертый — нейтральный (Nn) привод, соединяющий общие точки фаз источника и потребителя.

Соединение, при котором концы всех трех фаз потребителя объединяются в общую точку, называемую нейтральной или нулевой, а начала фаз присоединяются к трехфазному источнику питания посредством линейных проводов, называются соединением звездой трехфазного потребителя.

На практике применяются две схемы соединения звездой трехфазного потребителя:

1- звезда с нейтральным (нулевым) проводом (рисунок 8.1);

2- звезда без нейтрального (нулевого) провода (рисунок 8.2).

Токи IA , IB , IC в соответствующих линейных проводах называются линейными, токи, протекающие по фазам, фазным, а ток InN в нейтральном проводе называется нейтральным. Напряжения между линейными проводами потребителя UAB , UBC , UCA называются линейными, а между началом и концом фаз потребителя Ua ,Ub , Uc — фазными.

При соединении потребителя звездой фазные токи равны соответствующим линейным : Iф = Iл . Между линейными и фазными напряжениями потребителя существуют следующие соотношения, полученные по второму закону Кирхгофа:

Нагрузка, при которой комплексные сопротивления всех фаз потребителя равны между собой, называется симметричной.

При симметричной нагрузке между фазными и линейными напряжениями существует соотношение

Фазный ток потребителя определяется по закону Ома:

При симметричной нагрузке:

При этом векторная диаграмма имеет вид ,представленный на рисунке 8.3.

При симметричной нагрузке и наличии нейтрального провода:

При этом векторная диаграмма для несимметричной активной нагрузки с нейтральным проводом имеет вид, представленный на рисунке 8.4

При отключении нейтрального провода потенциал нейтральной точки потребителя электрической энергии, работающего в режиме несимметричной нагрузки, не равен потенциалу нейтральной точки N генератора . При этом нейтральная точка n на векторной диаграмме потребителя сместится из своего первоначального положения в другое (n´), при котором геометрическая сумма фазных токов потребителя равна нулю

В этом случае векторная диаграмма для несимметричной активной нагрузки примет вид, представленный на рисунке 8.5. Комплексные значения напряжений фаз приемника для несимметричной нагрузки и при отключенном нейтральном проводе можно определить, воспользовавшись вторым законом Кирхгофа для соответствующих контуров на рисунке 8.2 приведен контур для определения Ua:

где — напряжение между нейтральными точками (смещение нейтрале)

Экспериментальная часть

1. Описание установки

Экспериментальные исследования проводятся на универсальном лабораторном стенде.

При сборке схемы используется следующее оборудование:

-три однофазных трансформатора Т1, Т2, Т3, соединенных в звезду и питающиеся от трехфазной сети (f=50 Гц, UЛ=220 В);

-три регулируемых резистора с сопротивлением 220 Ом;

-блок “контроль ” для измерения фазных (линейных ) токов;

а)рА1 — амперметр с пределом измерения 0,5 А, включается в блок “контроля 1”;

б) рА2 — амперметр с пределом измерения 0,5 А, включается в блок “контроля 2”;

в)рV1- вольтметр с пределом измерения 75-150 В для измерения фазных и линейных напряжений.

2. Рабочее задание

Название прибора Система прибора Условное обозначение Класс точности Предел измерений
Амперметр Магнитоэлектрическая 1,5 1 В
Амперметр Магнитоэлектрическая 1,5 1 В
Вольтметр Электромагнитная 1,5 7,5 В
Вольтметр Электромагнитная 1,5 15 В

2.1 Собрать электрическую цепь по схеме, представленной на рисунке 8.6 для исследования трехфазной системы без нейтрального провода при активной нагрузке.

2.2 Исследовать трехпроводную трехфазную сеть при различных режимах работы. Данные опытов занести в таблицу 1. Построить векторные диаграммы для всех режимов.

Исследуемые режимы Измеряемые величины
UA , B UB , B UC , B UN , B IA , A IB , A IC , A
Симметричная активная нагрузка 140 140 140 0,33 0,33 0,33
Разрыв в фазе 212 120 120 68 0,31 0,31
Несимметричная активная нагрузка 157 130 130 16 0,26 0,33 0,33
Короткое замыкание в фазе 242 242 135 0,78 0,46

2.3 Собрать электрическую цепь по схеме, представленной на рисунке 8.7, для исследования трехфазной системы с нейтральным проводом (трехфазная четырехпроводная сеть).

2.4 Исследовать четырехпроводную трехфазную сеть при различных режимах работы. Данные опытов занести в таблицу 2, в которой указан характер нагрузки.

Построить векторные диаграммы для всех режимов.

Исследуемые режимы Измеряемые величины
IA , A IB , A IC , A IN , A UA , B UB , B UC , B UN , В
Симметричная активная нагрузка 0,33 0,33 0,33 140 140 140
Разрыв в фазе 0,33 0,33 0,33 140 140 140
Несимметричная активная нагрузка 0,26 0,33 0,33 140 140 140
Обрыв нейтрального провода 0,26 0,33 0,33 157 130 130 16

Примечание — измерение всех напряжений осуществляется одним настольным вольтметром с пределом измерения 75 В.

2.5 Сделать выводы по работе.

1) Симметричная активная нагрузка3-х проводной линии;

2) Разрыв в фазе в 3-х проводной линии;

3)Несимметричная активная нагрузка 3-х проводной линии

4) Короткое замыкание в фазе А в 3-х проводной линии

5)Симметричная активная нагрузка4-х проводной линии;

6) Разрыв в фазе в 4-х проводной линии;

7) Несимметричная активная нагрузка4-х проводной линии;

8) Обрыв нейтрального провода в 4-х проводной линии

Источник

Лабораторная работа по тоэ «соединение трехфазной системы звездой»

Соединение трехфазной системы звездой

Цель работы: — приобретение навыков включения обмоток электродвигателя звездой и опытная проверка основных соотношений, относящихся к трехфазной системе при соединении приемников звездой как при равномерной, так и при неравномерной нагрузке фаз.

Подготовка к работе

1. Повторить раздел курса ТОЭ “Трехфазные цепи”.

2. Рассчитать сопротивление каждой фазы при симметричной нагрузке, если линейное напряжение UЛ=220 В, а линейный ток IЛ=0,5 А.

3. Построить векторную диаграмму напряжений при симметричной нагрузке по данным пункта 2 и сравнить ее с диаграммой, построенной по данным опыта.

Порядок выполнения работы

Определение “начала” и “конца” обмоток электродвигателя и соединение их звездой

1.Собрать цепь по схеме рис. 1 и получить разрешение на ее включение. Определить принадлежность выводов к отдельным обмоткам с помощью лампы или вольтметра на 150 В. Лампа горит, если два вывода принадлежат к одной фазе двигателя.

2.Собрать цепь по схеме рис.2 и получить разрешение на ее включение. Определить “начало” и “конец” всех трех обмоток. Вольтметр на 15 В показывает напряжение, если у двух обмоток соединены “начало” с “концом” или “конец” с “началом”. Произвести два опыта при условии, если:

а) первая обмотка соединена последовательно со второй, а к третьей подключен вольтметр;

б) вторая обмотка соединена последовательно с третьей, а к первой подключен вольтметр.

Вычертить схему щитка с выводами и обозначить “начало” и “конец” каждой фазы.

3. Соединить обмотки электродвигателя и произвести пуск. Изменить направление вращения двигателя на обратное.

Соединение в звезду осветительной нагрузки

1. Собрать цепь по схеме рис.3 и получить разрешение на ее включение.

2. Записать в таблицу 1 показания приборов для четырех случаев:

а) нагрузка фаз симметрична;

б) нагрузка фаз несимметрична (число ламп в каждой в каждой фазе различно);

в) обрыв первого линейного провода (первой фазы) при симметричной нагрузке и отсутствии нулевого провода;

г) обрыв нулевого провода при несимметричной нагрузке.

Линейные и фазные напряжения измерять на нагрузке во всех случаях.

3. По данным опыта построить в выбранном масштабе векторные диаграммы для всех случаев.

4. Для последнего случая разложить фазные напряжения на симметричные составляющие.


Рис.1.


Рис.2.


Рис.3.

Источник