Лабораторная работа №4 Трехфазные электрические цепи при соединении потребителей электроэнергии звездой и треугольником. Отчет_Звезда. Лабораторная работа 4 Трехфазные электрические цепи при соединении потребителей электроэнергии звездой и треугольником

• Название: Лабораторная работа 4 Трехфазные электрические цепи при соединении потребителей электроэнергии звездой и треугольником
• Анкор: Лабораторная работа №4 Трехфазные электрические цепи при соединении потребителей электроэнергии звездой и треугольником
• Дата: 21.12.2021
• Размер: 342.24 Kb.
• Имя файла: Отчет_Звезда.docx
• Тип: Лабораторная работа; #312162

МИНИСТЕРСТВО ВЫСШЕГО ОБРАЗОВАНИЯ И НАУКИ

РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

РОССИЙСКИЙ ХИМИКО-ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

ИМ. Д.И. МЕНДЕЛЕЕВА

Кафедра процессов и аппаратов химической технологии

Дисциплина: Электротехника и промышленная электроника
Лабораторная работа №4

Трехфазные электрические цепи при соединении потребителей электроэнергии звездой и треугольником

Вариант № ….
Выполнили:

Дмитриева С.А.

СЕ

Селиванова О.А.

Группа О-34

Проверил:
Логинов Владимир Яковлевич

Москва 2021

ЧАСТЬ 1.

Трехфазные цепи при соединении потребителей звездой

Цель работы: Исследование трехфазных электрических цепей синусоидального тока при соединении потребителей звездой двумя методами:

1. 
   Экспериментальный – имитационное моделирование в среде MultiSim.
   
2. 
   Расчетный – математическое моделирование в любой среде, например: приложения MathCad, Excel и другие, включая расчет на калькуляторе.
   

Исследование соединения трехфазного потребителя звездой

Вариант №1. RA = RB = RC = 21 Ом, LA = LB = LC = 82 мГн, CA = CB = CC = 92 мкФ.

Вариант № 13	Фаза А				Фаза В				Фаза С				КFА		КFВ		КFС		КLА		КLВ		КLС		КN
Характер нагрузки	КА1	КА2	КА3	КВ1		КВ2	КВ3	КС1		КС2	КС3
Симметричная	0	0	0	0		0	0	0		0	0	1		1		1		1		1		1		1/0
Несимметричная	0	0	0	0		0	1	0		1	0	1		1		1		1		1		1		1/0
Обрыв фазы	0	0	0	0		0	1	0		1	0	0		1		1		1		1		1		1/0
Обрыв линии	0	0	0	0		0	1	0		1	0	1		1		1		0		1		1		1/0
Короткое замыкание	1	1	1	0		0	1	0		1	0	1		1		1		1		1		1		1/0

1. 
   В MultiSim собрана схема трехфазной электрической цепи при соединении генератора и потребителей «звездой». Установлены значения параметров цепи и положения ключей в соответствии с заданным вариантом.
   

2. 
   Выполнено исследование трехфазной электрической цепи «звезда – звезда» при изменении положения ключей, согласно заданному варианту, заполнены табл. 4.1 и 4.2. Измерения проводились в MultiSim, расчёты - в MathCad.
   

Таблица 4.1



Таблица 4.2



Различия в значениях Multisim и MathCad для всех нагрузок (кроме короткого замыкания) не составляют и 1%, что свидетельствует о правильно поставленном опыте. Большие отклонения в значениях в режиме КЗ, по всей видимости, связаны с неправильными расчетами в MathCad (хотя при этом значения взяты из пунктов с «уточнением» для КЗ).

Расчетные формулы:

Z = |R + j(X_L - X_C)|, X_L = ωL, X_C =

U_f = |E - U_N|; U_L1 = |U_f1 - U_f2|; U_L2 = |U_f2 - U_f3|; U_L3 = |U_f3 - U_f1|

I_f = I_L = |U_f/Z|; I_N = |ƩI_f|

S_i = |U_f· _i|, где U_f - напряжение на i-ой фазе (i - A, B, C), _i - сопряженный ток на i-ой фазе

S = ƩS_i

φ = arg(Z)

Q_i = Im(S_i), Q = ƩQ_i

P_i = Re(S_i), P = ƩP_i

Средства защиты трехфазных ЭЦ в критических состояниях (обрыв и короткое замыкание):

1. 
   Установка нейтрального провода для предотвращения резких изменений фазных напряжений при обрыве и КЗ.
   
2. 
   Во избежание ситуаций обрыва нейтрального провода следует его заземлять.
   
3. 
   В случаях КЗ нейтральный провод может навредить работе приемника, поэтому следует ставить на него (нейтральный провод) предохранитель.
   

Векторные диаграммы фазных напряжений и токов для всех вариантов нагрузки:

Симметричная нагрузка (KN = 1)

I опережают U на всех фазах на

одинаковые углы,

следовательно, нагрузка на них

активно-ёмкостная;

фазные U одинаковы;

линейные U одинаковы.

Симметричная нагрузка (KN = 0)

Без нейтрального провода

ситуация такая же, как и с

нейтральным проводом.

Значит нужды в нем нет.

Диаграммы KN = 0 и KN = 1

идентичны.

Несимметричная нагрузка (KN = 1)

U_C и U_A отстают от I_C по фазе,

следовательно, нагрузка тут

активно-ёмкостная; U_B

опережает I_B, а

нагрузка на этих фазах активно-

индуктивная; фазные U примерно

одинаковые; углы сдвигов фаз

различны; линейные U одинаковы.

U_N относительно других U очень мал,

поэтому его не видно на диаграмме.

Несимметричная нагрузка (KN = 0)

Без нейтрального провода

все выводы аналогичны;

кроме того, что фазные U

сильно различаются → напряжение

смещения нейтрали приобретает

большую величину, что может

вызвать сбои в работе приборов →

нейтральный провод необходим;

также отсутствует ток на

нейтральном проводе.

Обрыв фазы (KN = 1)

U_C отстает от I_C по фазе,

нагрузка - активно-емкостная;

U_В опережает I_В по фазе,

нагрузка - активно-индуктивная;

I_A = 0, U_A = 0; U_B ≈ U_C;

Углы сдвигов фаз различны;

линейные U одинаковы.

Обрыв фазы (KN = 0)

U_C отстает от I_C по фазе,

нагрузка - активно-емкостная;

U_В опережает I_В по фазе,

нагрузка - активно-индуктивная;

I_A = 0, U_A = 0, I_N = 0; I_B = I_C;

U_B ≠ U_C → необходим K_N;

Углы сдвигов фаз различны;

линейные U одинаковы.

Обрыв линии (KN = 1)

U_C отстает от I_C по фазе,

нагрузка - активно-емкостная;

U_В опережает I_В по фазе,

нагрузка - активно-индуктивная;

I_A = 0, U_A = 0; U_AB ≈ U_CA,

U_AB ≠ U_BC; U_B ≈ U_C;

U_AB = U_B; U_CA = U_C;

Углы сдвигов фаз различны.

U_N относительно других U очень

мал, поэтому его не видно

на диаграмме.



Обрыв линии (KN = 0)

U_C отстает от I_C по фазе,

нагрузка - активно-емкостная;

U_В опережает I_В по фазе,

нагрузка - активно-индуктивная;

I_A = 0, U_A = 0; U_AB ≠ U_BC;

U_AB = U_B; U_CA = U_C;

U_B ≠ U_C → необходим K_N;

Углы сдвигов фаз различны;

Линейные U различны.

Короткое замыкание (KN = 1)

U_C отстает от I_C по фазе,

нагрузка - активно-емкостная;

U_В опережает I_В по фазе,

нагрузка - активно-индуктивная;

U_A = 0; U_B = U_C

углы сдвигов фаз различны

линейные U одинаковы.
Короткое замыкание (KN = 0)

U_С отстает от I_С по фазе,

нагрузка - активно-емкостная;

U_В опережает I_В по фазе,

нагрузка - активно-индуктивная;

углы сдвигов фаз различны;

линейные U одинаковы;

U_N при K_N = 1 и при K_N = 0

равны; I_N = 0; U_B = U_C

U_A должна равняться нулю!,

но в расчете маткада

возникла ошибка.
Выводы:

1. 
   При симметричной системе напряжений и симметричной нагрузке, когда Z_A = Z_B = Z_C, т.е. когда R_A = R_B = R_C = R_ф и X_A = X_B = X_C = X_ф, фазные токи равны по значению и углы сдвига фаз одинаковы: I_A = I_B = I_C = I_Ф = и φ_A = φ_B = φ_C = φ_ф = . Из векторной диаграммы токов для симметричного приемника: I_A + I_B + I_C = 0 (геометрическая сумма трех векторов тока равна нулю). Следовательно, в случае симметричной нагрузки ток в нейтральном проводе I_N = 0, поэтому необходимость в нейтральном проводе отпадает.
   
2. 
   При симметричной системе напряжений и несимметричной нагрузке, когда Z_A ≠ Z_B ≠ Z_C, φ_A ≠ φ_B ≠ φ_C токи в фазах потребителя различны и определяются по закону Ома: I_A = U_A / Z_A; I_B = U_B / Z_B; I_C = U_C / Z_C. Ток в нейтральном проводе I_N равен геометрической сумме фазных токов: I_N = I_A + I_B + I_C.
   
3. 
   При симметричной системе напряжений (U_A = U_B = U_C = U_ф) и симметричной нагрузке (I_A + I_B + I_C = I_ф; φ_A = φ_B = φ_C = φ_ф) фазные мощности равны: P = P_A + P_B + P_C = P_ф = U_фI_фcosφ; Q = Q_A + Q_B + Q_C = U_фI_фsinφ
   
4. 
   Нейтральный провод обеспечивает симметрию фазных напряжений приемника при несимметричной нагрузке. Следовательно, нейтральный провод необходим для того, чтобы выравнивать фазные напряжения приемника при несимметричной нагрузке
   
5. 
   В общем случае несимметричной нагрузки активная мощность трехфазного приемника равна сумме активных мощностей отдельных фаз: P = P_A + P_B + P_C Реактивная мощность соответственно равна алгебраической сумме реактивных мощностей отдельных фаз: Q = Q_A + Q_B + Q_C.