Электротехника
 Скачать 0.81 Mb.
|
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА №4«ТРЕХФАЗНАЯ ЦЕПЬ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА»»Цель работы Ознакомиться с трехфазными системами, измерением фазных и линейных токов и напряжений. Исследовать работу симметричного и несимметричного трехфазного потребителя. Выяснить роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной цепи. Научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов для трехфазной цепи. Пояснения к работе Трехфазная цепь представляет совокупность трех источников синусоидальных ЭДС, имеющих одинаковые амплитуды и частоты и смещённых по фазе относительно друг друга на 120о. Отдельную электрическую цепь, входящую в состав трехфазной системы, называют фазой. Трёхфазные системы являются основным видом электрических цепей, используемых при производстве, передаче и распределении электрической энергии. Их важным преимуществом является простота и эффективность трехфазных устройств, возможность использования потребителем двух различных напряжений питания без дополнительных преобразований. Трёхфазный генератор имеет три изолированные обмотки, сдвинутые в пространстве на 120о относительно друг друга. Начала обмоток (фаз) обозначают латинскими буквами A, B, C. При вращении ротора в обмотках генератора индуктируются синусоидальные фазные ЭДС:    где  – амплитудное значение ЭДС во всех трёх фазах; – угловая частота вращения ротора.Трехфазную систему ЭДС (токов, напряжений) называют симметричной, если значения ЭДС (токов, напряжений) во всех фазах равны и сдвинуты по фазе друг относительно друга на угол 1200, несимметричной, если хотя бы одно из приведенных условий не выполняется. Существует два способа соединения фаз генератора и нагрузки (рис. 4.1): звездой и треугольником.  Рис. 4.1 Соединение обмоток генератора: а) звездой, б) треугольником При соединении «звездой» концы обмоток генератора объединяют в один узел, такой же узел образует соединение концов нагрузки. При соединении треугольником конец одной обмотки генератора соединяют с началом другой обмотки, соответственно конец одного сопротивления нагрузки с началом другого. Четырехпроводная «звезда» (рис. 4.2) имеет четыре провода: три линейных, по которым протекают линейные токи IA, IB, ICи один нулевой (нейтральный) провод, предназначенный для поддержания одинаковых значений фазных напряжений на всех трех фазах потребителя. По нулевому проводу может протекать уравнительный ток I0, называемый нулевым или нейтральным током.  Рис. 4.2 Четырехпроводная «звезда» При соединении в звезду ток IA, протекающий по фазе источника питания, равен току, протекающему по линейному проводу фазы А. Этот же ток протекает и по фазе А потребителя. Следовательно, при соединении в звезду фазный ток IФравен линейному току IЛ:  Напряжение между линейными проводами, называемое линейным напряжением (например, UAВ), оказывается в  раз больше, чем фазное напряжение источника питания UA, UВили UС: Если трехфазная нагрузка симметричная (все сопротивления и мощности фазных потребителей одинаковы), то по всем трем фазам протекают одинаковые по величине токи, сдвинутые по фазе относительно друг друга на 120°. Ток в нейтральном проводе при этом равен нулю. Напряжения на всех фазах потребителя также отличаются друг от друга только по начальной фазе на 120° (рис. 4.3).  Рис. 4.3 Векторная диаграмма для симметричной четырехпроводной звкзды При включении в разных фазах различных по мощности потребителей (несимметричная нагрузка), токи каждой фазы (в каждом линейном проводе) отличаются друг от друга не только начальной фазой, но и величиной (рис. 4.4).  Рис. 4.4 Векторная диаграмма для несимметричной четырехпроводной звкзды По нейтральному проводу при этом протекает ток, вектор которого на основании первого закона Кирхгофа равен геометрической сумме векторов фазных токов:  Обрыв нейтрального провода (трехпроводная система) при несимметричной нагрузке приводит к изменению напряжений на всех фазах потребителей и появлению напряжения смещения нейтрали  (рис. 4.5).  Рис. 4.5 Векторная диаграмма для несимметричной трехпроводной звезды На основании первого закона Кирхгофа в трехпроводной системе геометрическая сумма векторов фазных токов равна нулю.  Положение точки «n» на векторной диаграмме при измеренных значениях напряжений на фазах потребителей  ,  и  может быть определено методом засечек (рис. 4.6) или рассчитано аналитически. Рис. 4.6 Графическое определение нейтрали потребителя Порядок выполнения работы Ознакомиться с лабораторной установкой (измерительные приборы, модуль питания, модуль преобразователя частоты, модуль трехфазного трансформатора, модуль резисторов). В соответствии со схемой установки на рисунке 4.7 нарисовать принципиальную схему исследуемой цепи. В соответствии со схемой установки на рисунке 4.7 собрать электрическую цепь. Установить на модуле преобразователя частоты частоту питающего напряжения 50 Гц (потенциометр RP1 - в крайнее правое положение). Предъявить схему для проверки преподавателю. Включить модуль питания стенда (выключатель QF), модуль преобразователя частоты (выключатель SA1). Установить тумблер SA3в позицию «Вперед», тумблер SA2– в позицию «Пуск». Включить модуль трехфазного трансформатора (выключатель QF1). Измерить линейные напряжения UAB, UBC, UCA и фазные напряжения UA,UB, UC трехфазного источника питания (трехфазного трансформатора) в режиме холостого хода. Напряжения измерять, подключая входы вольтметра к соответствующим гнездам. Результаты измерений занести в таблицу 4.1, вычислив при этом среднеарифметические значения напряжений UЛ CР. и UФ СР. Выключить модуль трехфазного трансформатора (выключатель QF1).  Рис. 4.7 Схема установки Таблица 4.1 Трехфазный источник питания
Установить в фазах потребителя в соответствии с заданным вариантом (табл. 4.2) симметричную нагрузку. Таблица 4.2 Значения сопротивлений резисторов в фазах потребителя
Включить электропитание стенда и измерить линейные токи Ia, Ib, Ic и ток в нейтральном проводе IN, фазные напряжения на потребителях UaП, UbП, UcП и межузловое напряжение (напряжение смещения нейтрали) UnN при включенном нейтральном проводе. Напряжения измерять, подключая входы вольтметра к соответствующим гнездам. Результаты измерений занести в таблицу 4.3. Выключить модуль трехфазного трансформатора. Таблица 4.3 Режимы работы потребителя
Разомкнуть цепь нейтрального провода (удалить соответствующий проводник). Включить модуль трехфазного трансформатора и повторить те же измерения при отключенном нейтральном проводе. Результаты занести в таблицу 4.3. Выключить модуль трехфазного трансформатора. В соответствии с заданным вариантом (табл. 4.2) изменить значения сопротивлений резисторов в фазах потребителя, обеспечив несимметричную нагрузку. Замкнуть цепь нейтрального провода (включить соответствующий проводник). Включить модуль трехфазного трансформатора и повторить измерения при наличии нейтрального провода. Результаты записать в табл. 4.3. Выключить модуль трехфазного трансформатора. Разомкнуть цепь нейтрального провода (удалить соответствующий проводник). Включить модуль трехфазного трансформатора и вновь измерить токи и напряжения. Результаты записать в таблицу 4.3. Выключить модули и электропитание. Разомкнуть фазу А (удалить соответствующий проводник). Замкнуть цепь нейтрального провода. Включить модуль трехфазного трансформатора и повторить измерения. Результаты занести в таблицу 4.3. Выключить модуль трехфазного трансформатора. Разомкнуть цепь нейтрального провода (удалить соответствующий проводник). Включить модуль трехфазного трансформатора и измерить токи и напряжения. Результаты записать в таблицу 4.3. Выключить модули и электропитание. Закоротить фазу А (включить соответствующий проводник). Разомкнуть цепь нейтрального провода (удалить соответствующий проводник). Включить модуль трехфазного трансформатора и измерить токи и напряжения. Результаты записать в таблицу 4.3. Выключить модули и электропитание. Для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы. Сделать вывод о влиянии нейтрального провода на режим работы трехфазной цепи при симметричной и несимметричной нагрузке. Содержание отчета Отчет по работе должен содержать: Титульный лист. Цель работы. Схему эксперимента с включенными измерительными приборами. Таблицы с результатами измерений. Векторные диаграммы для всех проведенных опытов. Вывод о роли нейтрального провода в трехфазной цепи при соединении потребителя по схеме звезда. Контрольные вопросы Какое соединение называется звездой? Каково соотношение между фазным и линейным напряжениями трехфазного источника питания при соединении его обмоток по схеме звезда? Какое соотношение между фазными и линейными токами при соединении в звезду? Как определить величину тока в нейтральном проводе, если известны токи потребителя? Для чего применяют нейтральный провод? К каким зажимам следует подключить вольтметр, чтобы измерить фазное и линейное напряжение? Какая трехфазная нагрузка называется симметричной? Почему при несимметричной нагрузке обрыв нейтрального провода является аварийным режимом? | |||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||