Иркутский национальный исследовательский технический университет кафедра электроснабжения и электроники Электротехника и электроника

Название	Иркутский национальный исследовательский технический университет кафедра электроснабжения и электроники Электротехника и электроника
Дата	29.11.2022
Размер	486.78 Kb.
Формат файла
Имя файла	zvezda.docx
Тип	Исследование #818646

Министерство науки и высшего образования РФ

Федеральное государственное бюджетное образовательное учреждение

высшего образования
ИРКУТСКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ
Кафедра электроснабжения и электроники
«Электротехника и электроника»

ОТЧЁТ

По лабораторной работе № 1
«Исследование трехфазной цепи при соединении приемников в звезду»

Выполнил студент группы	МЦб-20-1 ^{(шифр группы)}	_______________ ^{(подпись)}	Подпругин А.Г ^(ФИО)
Проверил	Доцент к.т.н. ^{(должность)}	_______________ ^{(подпись)}	Герасимов Д,О. ^(ФИО)

Иркутск 2021 г.

Исследование трехфазной цепи при соединении приемников в звезду

Цель: исследование трехфазных приемников, соединенных в звезду с нейтральным проводом и без нейтрального провода при различных режимах работы цепи.

Задание:

1. Исследовать трехфазную четырехпроводную и трехпроводную цепи при соединении приемников в звезду при симметричном и несимметричном режимах.

2. Для каждого режима определить активную и реактивную мощности каждой фазы и всей цепи (см. табл. 3), используя формулы (17) – (20).

3. Определить отношение

для симметричной нагрузки и для несимметричных нагрузок с нейтральным проводом.

4. Построить векторные диаграммы напряжений и токов для всех режимов.

5. Определить ток нейтрального провода

из векторной диаграммы и сравнить его с измеренной величиной

.

6. Рассчитать для каждого режима работы трехфазного приемника активную и реактивную мощности

Рабочая схема:

Лабораторная установка для исследования трехфазной цепи переменного тока при соединении фаз приемника в звезду состоит из:

S₁, S₂, S₃, S₄ – выключатели;

А₁, А₂, А₃, А₄ – амперметры с номинальным значением тока 5А;

R₁, R₂, R₃ – переменные резисторы;

V– переносной вольтметр с номинальным значением напряжения 300 В;

С – конденсатор;

Расчет величин:

1) Отношение фазного напряжения к линейному: U_ф / U_л = U_ср.ф / U_ср.л;

Активная мощность каждой фазы: Р_ф = U_ф* I_ф* cosφ;
Активная мощность трехфазного приемника: Р = Р_а + Р_в + Р_с;
Реактивная мощность: Q_ф = U_ф* I_ф* sinφ;
Реактивная мощность трехфазного приемника: Q=√3* U_л * I_л * sinφ; или Q = Q_а + Q_в + Q_с ;

Симметричная нагрузка с нейтральным проводом и без него:
С нейтральным проводом

U_ф / U_л = (250+250+250) / (144+144+144) = 1,7

Р_а = U_а* I_а* cos (0) = 144 * 2,1 * 1 = 298,2 Вт ;

Р_в = U_в* I_в* cos (0) = 144 * 2,1 * 1 = 298,2 Вт ;

Р_с = U_с* I_с* cos (0) = 144 * 1,9 * 1 = 273,6 Вт ;

Р = 298,2+298,2+273,6= 870 Вт ;

Q= 1,7*144 * 2 * sin (0) = 0 ВАр ;
Без нейтрального провода

U_ф / U_л = (250+252+250) / (144+142+144) = 1,74

Р_а = U_а* I_а* cos (0) = 144 * 2,1 * 1 = 298,2 Вт ;

Р_в = U_в* I_в* cos (0) = 142 * 2 * 1 = 294 Вт ;

Р_с = U_с* I_с* cos (0) = 144 * 2 * 1 = 288 Вт ;

Р = 298,2+294+288= 880,2 Вт ;

Q= 1,7*144 * 2 * sin (0) = 0 ВАр
Несимметричная нагрузка

с нейтральным проводом:

U_ф / U_л = (250+250+250) / (144+144+144) = 1,73 ;

Р_а = U_а* I_а* cos (0) = 144 * 2 * 1 = 288,4 Вт ;

Р_в = U_в* I_в* cos (0) = 144 * 2,6 * 1 = 374,4 Вт ;

Р_с = U_с* I_с* cos (0) = 144 * 3* 1 = 432 Вт ;

Р = 288,4 + 374,4 + 432 = 1090,8 Вт ;

Q=√3* U_л * I_л * sin (0) = 0 ВАр ;

без нейтрального провода:

U_ф / U_л = (250+250+250) / (160+172+130) = 1,63 ;

Р_а = U_а* I_а* cos (0) = 160 * 2,4 * 1 = 384 Вт ;

Р_в = U_в* I_в* cos (0) = 172* 2,6 * 1 = 447,2 Вт ;

Р_с = U_с* I_с* cos (0) = 130 * 2,8 * 1 = 364 Вт ;

Р = 384 + 447,2 + 364 = 1095,2 Вт ;

Q=√3* U_л * I_л * sin (0) = 0 ВАр ;
Отсутствие тока в фазе а

с нейтральным проводом:

U_ф / U_л = (144+250+144) / (0+144+144) = 1,86 ;

Р_а = U_а* I_а* cos (0) = 0 * 0 * 1 = 0 Вт ;

Р_в = U_в* I_в* cos (0) = 144 * 2,6 * 1 = 374,4 Вт ;

Р_с = U_с* I_с* cos (0) = 144 * 3 * 1 = 432 Вт ;

Р = 0 + 374,4 + 432= 806,4 Вт ;

Q=√3* U_л * I_л * sin (0) = 0 ВАр ;

без нейтрального провода:

U_ф / U_л = (134+250+114) / (0+134+114) = 2,04 ;

Р_а = U_а* I_а* cos (0) = 0 * 0 * 1 = 0 Вт ;

Р_в = U_в* I_в* cos (0) = 134 * 2,4 * 1 = 321,6 Вт ;

Р_с = U_с* I_с* cos (0) = 114 * 2,4 * 1 = 273,6 Вт ;

Р = 0 + 321,6 + 273,6 = 595,2 Вт ;

Q=√3* U_л * I_л * sin (0) = 0 ВАр ;
Построение векторных диаграмм напряжений и токов

Режим работы цепи	Диаграмма
Симметричный режим
Несимметричный режим с нейтральным проводом
Несимметричный режим без нейтрального провода
Отсутствие фазы А (с нейтральным проводом)
Отсутствие фазы А (без нейтрального провода)

Режим работы цепи		Измеряемые величины											Расчетные величины
		I_a	I_в	I_с	I_n	U_a	U_в	U_с	U_АВ	U_ВС	U_СА	U_N_n	I_n^*		P_a	P_в	P_с	P	Q
		А	А	А	А	В	В	В	В	В	В	В	А		Вт	Вт	Вт	Вт	вар
Симметричный	С нейтральным проводом	2,1	2	1,9	0	144	144	144	250	250	250	0	0	1,7	298,2	298,2	273,6	870	0
Симметричный	Без нейтрального провода	2,1	2	2	0	144	142	144	250	252	250	0	0	1,74	298,2	294	288	880,2	0
Несимметричный	С нейтральным проводом	2	2,6	3	1	142	142	142	244	250	250	0	1	1,73	288,4	374,4	432	1090,8	0
Несимметричный	Без нейтрального провода	2,4	2,6	2,8	0	160	172	130	244	250	250	13	0	1,63	284	447,2	364	1095,2	0
Отсутствие тока в одной из фаз	С нейтральным проводом	0	2,6	3	2,9	0	144	144	144	250	144	0	2,9	1,86	0	374,4	432	806,4	0
Отсутствие тока в одной из фаз	Без нейтрального провода	0	2,4	2,4	0	0	134	114	134	250	114	72	0	2,04	0	321,6	273,6	595,2	0

Вывод: В ходе лабораторной работы мы исследовали три однофазных приемника, соединенных в звезду с нейтральным и без нейтральным проводом при различных режимах работы цепи; для каждого режима определили активную и реактивную мощности цепи, соотношение линейных и фазных напряжений для симметричной нагрузки и для несимметричных нагрузок с нейтральным проводом. По полученным данным построили векторные диаграммы напряжений и токов, для нахождения нейтрального провода, и сравнили найденные результаты с рассчитанными значениями.

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

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

Фазы трехфазного генератора приемника могут соединяться звездой или треугольником.

Синусоидальные ЭДС одинаковой частоты, амплитуды, сдвинутые друг относительно друга на 120⸰ и создаваемые общим источником энергии. Такая трехфазная система называется симметричной.

Звездой называют соединение, при котором концы фаз генератора или приемника соединяются в один общий узел или, называемый нейтральной точкой или нейтралью генератора или приемника. Провод, соединяющий нейтральные точки генератора и приемника, называют нейтральным или нулевым.

Звезду с нейтральным проводом называют четырехпроводной, а без нейтрального провода – трехпроводной. Провода, соединяющие начала фаз генератора и приемника, называют линейными. По линейным проводам протекают линейные токи. В фазах генератора и приемника протекают фазные токи.

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

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

UА , UВ , UС – фазные напряжения генератора.

Uа , Uв , Uс – фазные напряжения приемника.

Линейным называют напряжение между началами двух фаз.

UАВ , UВС , UСА – линейные напряжения.

Соотношения между линейными и фазными напряжениями можно определить из уравнений, составленных по второму закону Кирхгофа.

В трехфазной цепи различают основные режимы работы.

Симметричный режим, при котором сопротивления фаз трехфазных приемников равны между собой. Токи в фазах будут равны между собой и сдвинуты по фазе относительно соответствующих фазных напряжений на один и тот же угол. Геометрическая сумма всех токов равна нулю

При симметричной нагрузке фаз ток в нейтральном проводе отсутствует, поэтому необходимость в нем отпадает. Получается трехпроводная цепь. В нее включаются симметричные трехфазные приемники.

Несимметричный режим, при котором сопротивления фаз не равны между собой.

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

Порядок построения векторной диаграммы напряжений и токов

Построить векторную диаграмму линейных напряжений в виде равностороннего треугольника.

Из каждой вершины треугольника циркулем провести засечки, радиусы которых в масштабе соответственно равны. Точку их пересечения соединить с вершинами треугольника, получив векторы фазных напряжений. Построить векторы фазных токов, учитывая характер нагрузки каждой фазы приемника: при активной нагрузке - ток и напряжение совпадают по фазе , при индуктивной – ток отстает по фазе от напряжения на 90⸰, при емкостной – ток опережает напряжение на 90⸰. Построить вектор тока в нейтральном проводе по уравнению и определить его величину, измерив длину вектора и учтя масштабный коэффициент.