Меню

Топографическая диаграмма напряжений трехфазной цепи звезда

ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ ВЕКТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ

Кафедра: «Электромеханические комплексы и системы»

Лабораторная работа №1

«Исследование трёхфазных цепей переменного тока.

Исследование приёмника, соединённого звездой»

Выполнил: Некрасова Н.В.

ЦЕЛЬ РАБОТЫ

Исследование режимов работы трёхфазной цепи при соединении приёмников звездой.

КРАТКАЯ ТЕОРИЯ

Провода A–a, B–b, C–c, соединяющие начала фаз генератора с началами одноименных фаз приемника называются линейными проводами.

Фазным током генератора(или приемника) называется ток в фазе генератора (или приемника).

Линейным током называется ток в линейном проводе.

Фазным напряжением генератора (или приемника) называется напряжение (разность электрических потенциалов) между началом и концом одной и той же фазы генератора (или приемника).

Линейным напряжением называется напряжение между началами двух разных фаз генератора (или приемника).

Применительно к генератору, соединенному звездой, фазное напряжение UA это напряжение (разность потенциалов) между началом фазы A и ее концом X (рис. 3), или между началом фазы A и нейтральной точкой N (рис. 4), потенциал которой является электрическим потенциалом всех трех концов фаз генератора X, Y, Z.

Из самого принципа соединения звездой, является очевидным, что линейный ток равен фазному: IЛ = IФ.

ПРОГРАММА РАБОТЫ

Исследовать соединение приёмников при:

1) симметричной нагрузке:

а) с нейтральным проводом;

б) без нейтрального провода;

2) обрыве одной фазы (а или b):

а) с нейтральным проводом;

б) без нейтрального провода;

3) обрыве двух фаз (а и b):

а) с нейтральным проводом;

б) без нейтрального провода;

4) несимметричной нагрузке:

а) с нейтральным проводом;

б) без нейтрального провода.

При выполнении настоящей работы рекомендуется соблюдать следующий порядок исследования: каждый режим выполняется сначала с нейтральным проводом, а затем без него.

СХЕМА ЛАБОРАТОРНОЙ УСТАНОВКИ

Электрическая схема лабораторной установки приведена на рисунке ниже.

Электрическая схема лабораторной установки, собранная с использованием измерительного комплекта типа К-505, приведена на рисунке ниже.

ТАБЛИЦА ЭЛЕКТРОИЗМЕРИТЕЛЬНЫХ ПРИБОРОВ

Предел измерения Цена деления
Амперметр 2,5 А 0,025 А
Вольтметр 300 В 2 В
Ваттметр 750 Вт 5 Вт
Ваттметр 150 В 1 В

РЕЗУЛЬТАТЫ ИЗМЕРЕНИЙ

Результаты измерений для каждого режима заносятся в таблицу 1:

Состояние схемы Нагрузка приёмника Измерено Вычислено
генератор приёмник IN UN Pa Pb Pc
UФ UAB UBC UCA IA IB IC Ua Ub Uc Pa Pb Pc
В А В Вт А В Вт
С нейтральным проводом Симметричная
Обрыв одной фазы
Обрыв двух фаз
Несимметричная
Без нейтрального проводом Симметричная
Обрыв одной фазы
Обрыв двух фаз
Несимметричная

РЕЗУЛЬТАТЫ РАСЧЁТОВ

Для каждого исследованного режима вычисляем активные мощности фаз и общую активную мощность (учитывая, что все фазы приёмника – резисторы – активные сопротивления, для которых ):

1) при симметричной нагрузке:

а) с нейтральным проводом:

б) без нейтрального провода:

2) при обрыве одной фазы (а или b):

а) с нейтральным проводом:

б) без нейтрального провода:

3) при обрыве двух фаз (а и b):

а) с нейтральным проводом:

б) без нейтрального провода:

4) при несимметричной нагрузке:

а) с нейтральным проводом:

б) без нейтрального провода:

Результаты расчётов заносятся в таблицу 1.

ТОПОГРАФИЧЕСКИЕ ВЕКТОРНЫЕ ДИАГРАММЫ

Для каждого исследуемого строим топографические векторные диаграммы:

1) при симметричной нагрузке:

а) с нейтральным проводом; (пример из методички)

б) без нейтрального провода; (пример из методички)

2) при обрыве одной фазы а:

а) с нейтральным проводом; (пример из методички)

б) без нейтрального провода; (пример из методички)

3) при обрыве двух фаз (а и b):

а) с нейтральным проводом; (пример из методички)

б) без нейтрального провода; (пример из методички)

4) при несимметричной нагрузке:

а) с нейтральным проводом; (пример из методички)

б) без нейтрального провода. (пример из методички)

ВЫВОДЫ

В результате проделанной работы освоено измерение в трёхфазных цепях и изучены режимы при соединении приёмников звездой.

Рассчитанные величины мощностей фаз совпадают с измеренными значениями соответствующих мощностей с достаточно высокой точностью.

Читайте также:  690 вольт что за напряжение

ОТВЕТЫ НА КОНТРОЛЬНЫЕ ОТВЕТЫ

1. Каков принцип соединения звездой?

При соединении звездой одни концы фаз (генератора или приёмника) соединяются вместе.

При этом общая точка соединения называется нейтральной точкой. Провод из этой точки называется нейтральным.

Провода от несоединённых концов фаз называются линейными

2. Что называется фазным и линейным током и напряжением?

Фазный ток – это ток в фазе (генератора или приёмника). Линейный ток – это ток в линейном проводе. При соединении звездой линейные и фазные токи совпадают.

Фазное напряжение – это напряжение на фазе. При соединении звездой это напряжение между фазой и нейтральной точкой, или напряжение между линейным проводом и нейтральным проводом.

Линейное напряжение – это напряжение между двумя фазами. При соединении звездой вектор линейного напряжения равен геометрической разности двух соответствующих векторов фазных напряжений.

3. Роль нейтрального провода.

Наличие нейтрального провода обеспечивает независимую работу фаз несимметричного приемника, поскольку напряжение на каждой фазе будет одним и тем же. Изменение тока в каждой фазе при этом скажется только на величине тока в нейтральном проводе.

4. Почему в нейтральном проводе не ставят предохранителей?

Если в схеме с нейтральным проводом произойдёт его обрыв (например, сработал поставленный туда предохранитель), то работа фаз будет влиять друг на друга. Что может привести к повышению фазных токов и повредить приёмники.

Поэтому в нейтральном проводе не ставят предохранителей, чтоб избежать его обрыва. Для защиты достаточно предохранителей в линейных и фазных проводах.

5. Что означает независимая работа фаз приёмника?

Независимая работа фаз приёмника означает такой режим работы фаз, когда изменение сопротивления одной фазы не влияет на ток в другой фазе. Такая независимая работа фаз приёмника обеспечивается в схемах с нейтральным проводом.

6. Что такое симметричная и несимметричная нагрузка трёхфазной цепи?

Симметричной называется нагрузка, при которой комплексные сопротивления фаз приемника равны друг другу.

Соответственно, несимметричной называется нагрузка, при которой комплексные сопротивления фаз приемника не равны друг другу.

7. Как строятся топографические векторные диаграммы при соединении трёхфазной цепи звездой?

Построение векторных диаграмм при соединении трёхфазной цепи звездой начинается с построения симметричной трёхлучевой звезды векторов фазных напряжений генератора UA, UB, UC. Звезда векторов напряжений строится с соблюдением выбранного масштаба. На этой же диаграмме показываются векторы линейных напряжений генератора UAB, UBC, UCA в виде сторон равностороннего треугольника, вершинами которого являются концы векторов фазных напряжений (рис. 1).

Если векторную диаграмму генератора дополнить векторной диаграммой фазных напряжений приёмника, то её можно назвать «топографической». Векторные диаграммы принято называть топографическими, если электрические потенциалы точек на диаграмме имеют те же буквенные обозначения, что и на соответствующих точках в схеме четырёхпроводной звезды.

При наличии нейтрального провода, когда нейтральная точка n приёмника совпадает с точкой N, фазные напряжения приемника и генератора равны друг другу Ua=UA, Ub=UB, Uc=UC независимо от того, симметричный приемник или несимметричный.

Далее от точки N откладываются векторы фазных токов IA, IB, IC и тока в нейтральном проводе IN (если он присутствует), .

На рис. 2 изображён пример векторной диаграммы при соединении трёхфазной цепи звездой для схемы четырёхпроводной звезды.

Источник

Топографические диаграммы в трехфазных цепях

Как известно, топографическими называют такие диаграммы, каждой характерной точке которой однозначно соответствует подобная характерная точка схемы электрической цепи. Как правило, к топографическим векторным диаграммам относят диаграммы напряжений, в которых, при совмещении их с электрическими схемами совпадают и потенциалы характерных точек, и разности потенциалов между этими точками, и направления падений напряжений между ними и т.п.

Все векторные диаграммы, которые были построены в предыдущих разделах являются безупречно верными, позволяющими успешно анализировать работу цепи в любом ее режиме, но не являются топографическими.

Прежде всего потому, что направления всех векторов напряжений на этих диаграммах, по сравнению с топологией цепи изменены на противоположные.

Читайте также:  Регулятор напряжения daewoo gentra

Никаких пояснений по этому поводу нигде не дается, хотя очевидные противоречия и естественное недоумение всеми ощущается.

С тем чтобы избежать эти противоречия в некоторых случаях [ ] без каких-либо объяснений прибегают к изменению направления ЭДС фаз источника на противоположные(от начала фазы к нейтральной точке), не обращая внимания на то, что при этом нарушается весь терминологический ряд четко определенных понятий и определений, включая направление токов.

Традиционное построение векторной диаграммы трехфазной цепи начинают с построения векторов фазных напряжений и во всех случаях их строят так, как на рис. 4 и всех последующих. И здесь допускается первое и главное нарушение топологии, приводящее, в общем-то, к трудно объяснимым результатам.

Дело в том, что правила векторной алгебры приводят в этом случае к тому, что на основании второго закона Кирхгофа , и например, вектор должен быть направлен не от зажима «А» генератора к зажиму «В», как на электрической схеме в соответствии с общепринятыми правилами, а от «В» к «А». То же самое происходит и с векторами и . Это приводит к тому, что в соответствии с векторной диаграммой и общепринятым правилом направления падения напряжения от точки с большим потенциалом к точке с меньшим, электрический потенциал точки «В» имеет условно большую величину, чем потенциал точки «А». Но это противоречит тому, что имеет место в реальной электрической цепи, где условна величина потенциала точки «А», конечно, больше, чем величина потенциал точки «В». Подобное относится и к потенциалам точек «В» и «С». Автоматически все это приводит к тому, что направления падений напряжений в линейных проводах, в нулевом проводе, в принципе, между любыми двумя токами в электрической цепи и на векторной диаграмме направлены в противоположные стороны. Чтобы исключить эти недоразумения в некоторых случаях [1] прибегают к изменению на противоположные направлений токов и падений напряжений в исходной схеме, что, по сути, приводит к еще большим недоразумениям.

В то же время недоразумение легко устраняется, если обратиться к опорным векторам. Дело в том, что по повсеместно принятому определению фазные напряжения на генераторе , как падения напряжения на фазах генератора направлены не от нейтральной точки «N» к началу фаз А, В и С, а в обратную сторону, фиксируя очевидное соотношение между условными величинами потенциалов этих точек. Таким образом, на топографических диаграммах векторы и должны быть направлены так, как показано на рис. 38.

Совершенно ясно, что соотношение между и по фазам здесь остается прежним (120°) с сохранением прямого чередования фаз А-В-С, в чем легко убедиться, построив эти векторы параллельным переносом из одной точки.

Если векторы фазных напряжений как опорных для построения топографической векторной диаграммы построить именно так, все остальные векторы занимают свои места в соответствии с топологией цепи. Полная топографическая диаграмма приобретает законченный логически безупречный вид, с полным соответствием всех точек цепи аналогичным точкам диаграммы и с четким соответствием направлений падений напряжений на схеме с направлением векторов на диаграмме (рис. 39).

Здесь и — фазные напряжения на генераторе, в соответствии с принятыми правилами направленные от начал фаз генератора А, В и С к нулевой (нейтральной) точке N с полным соответствием между точками А, В, С и N на схеме и топографической диаграмме.

Векторы линейных напряжений на генераторе , и образуют при этом равносторонний (симметричная система ЭДС) треугольник и направлены соответственно от А к В, от В к С и от С к А. поскольку рассматривается общий случай несимметричной нагрузки, нейтральные точки нагрузки «n» и генератора «N» смещаются друг относительно друга на величину смещения нейтрали с направлением вектора от «n» к «N», как и на схеме.

Читайте также:  Стабилизатор напряжения 2 квт для газовых котлов

При наличии сопротивлений в линейных проводах в них возникают падения напряжения , , направленные по направлению тока от начал фаз А, В и С на генераторе к началам фаз a, b и c на нагрузке (смещение начал фаз).

Это приводит к искажению линейных напряжений (несимметричная нагрузка) на фазах нагрузки. Треугольник линейных напряжений на нагрузке «abc» оказывается произвольным со сторонами, представляющими векторы линейных напряжений на нагрузке , и с соответствующими направлениями от «a» к «b», от «b» к «c», «c» к «a».

Фазные напряжения на нагрузке, как и положено, представлены векторами , и , направленными (как на схеме) соответственно от точек a, b и c к нулевой точке нагрузки «n».

При понимании всего этого никаких проблем с построением векторных диаграмм для цепи любой конфигурации вообще возникать не будет, ибо каждой точке цепи соответствует конкретная точка на диаграмме с четким определением направления векторов. При этом второму закону Кирхгофа, лежащему в основе построения векторных диаграмм напряжений, для любого замкнутого контура в цепи точно соответствует конкретная фигура, составленная из соответствующих векторов векторной диаграммы с соблюдением их знаков. Например, второй закон Кирхгофа для контура N-A-a-n-N схемы электрической цепи имеет вид: . На векторной диаграмме это уравнение представлено соответствующей этим точкам (буквам) фигурой N-A-a-n-N, представляющей векторы и , обход которой по этим векторам приводит к , т.е. .

Конечно, топографическая векторная диаграмма трехфазной цепи оказывается более точной, более информативной и понятной при ее построении и использовании для анализа цепи.

Однако с тем, чтобы не создавать трудности изучающим трехфазные цепи с использованием разных источников(учебников), все векторные диаграммы в настоящем пособии строятся с традиционно сложившимся нарушением принципов топологии, что несколько затрудняет понимание, но не приводит к каким-либо принципиальным ошибкам.

Дата добавления: 2018-05-10 ; просмотров: 2975 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник



Порядок построения топографических векторных диаграмм при соединении трёхфазной цепи звездой

Диаграммы строятся с учётом масштабов токов и напряжений, а также принятой ранее ориентации координатных осей комплексной плоскости и векторной диаграммы напряжений генератора. Масштабы следует выбрать удобными для построения векторов по координатам алгебраической формы записи комплексов токов и напряжений с учётом рационального использования листа бумаги.

Нормальный режим работы (ключ K замкнут)

Вначале следует изобразить векторную диаграмму фазных и линейных напряжений генератора (рис. 9), которая является и диаграммой напряжений приёмника. В начале координат находятся точки N и n генератора и приёмника. Затем строятся в масштабе векторы токов , , , из начала координат. Показывается справедливость графического построения = + + (рис. 10).

Показать углы сдвига фаз jA, jB, jC. Примерный вид векторной диаграммы для одной из конкретных цепей приведён на рис. 10. На диаграмме использовались масштабы для напряжений mU = 40 В/см и токов mI = 2 А/см.

Режим работы цепи при обрыве нейтрального провода (ключ K разомкнут)

В начале строится векторная диаграмма напряжений генератора. Затем с соблюдением масштаба строится из начала координат N вектор напряжения смещения нейтрали , при этом конец вектора определит электрический потенциал нейтральной точки приёмника n (рис. 11).

Параллельным переносом начало координат комплексной плоскости перемещается в точку n, и строятся в соответствующих масштабах векторы фазных

напряжений приёмника , , и токов , , с показом углов сдвига jA, jB, jC. При правильном построении и соблюдении масштабов концы векторов , , должны совместиться с концами векторов , , , сумма токов + + =0 (что необходимо проиллюстрировать графически сложением векторов токов), а углы jA, jB, jC должны быть такими же по величине и знаку, как и на предыдущей векторной диаграмме. На рис. 10 и рис. 11 приведены векторные диаграммы для одной и той же цепи с сохранением масштабов.

Дата добавления: 2015-08-01 ; просмотров: 1287 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

Источник