ЛБ12Н. Лабораторная работа по тоэ 12н исследование трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой без нулевого провода

• Название: Лабораторная работа по тоэ 12н исследование трехфазной цепи при соединении нагрузки звездой без нулевого провода
• Дата: 04.11.2022
• Размер: 129.5 Kb.
• Имя файла: ЛБ12Н.doc
• Тип: Лабораторная работа; #770219

Министерство образования Республики Беларусь
БЕЛОРУССКИЙ НАЦИОНАЛЬНЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ




Кафедра “Электротехника и электроника”

Лабораторная работа по ТОЭ №12Н

ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ

НАГРУЗКИ ЗВЕЗДОЙ БЕЗ НУЛЕВОГО ПРОВОДА

М и н с к 2 0 10

Л а б о р а т о р н а я р а б о т а № 12Н
ИССЛЕДОВАНИЕ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ

НАГРУЗКИ ЗВЕЗДОЙ БЕЗ НУЛЕВОГО ПРОВОДА

1. 
   Цель работы
   

1. 
   Изучение методов расчета схемы трехфазной цепи, соединенной звез­дой без нулевого провода.
   
2. 
   Исследование влияния симметрии и характера нагрузки на симметрию фазных напряжений и токов приемника.
   
3. 
   Построение векторных диаграмм токов и напряжений для трехфазной цепи.
   

2. 
   Исходные данные
   

Заданы:

1. 
   Эквивалентная схема исследуемой трехфазной цепи с нагрузкой, соеди­нённой звездой без нулевого провода (рис. 12.1). На входе схемы действует сим­метричный трехфазный генератор с напряжением U_л / U_ф = 127/73В.
   
2. 
   Комплексные сопротивления фаз для 3 типов нагрузки:
   

1. 
   симметричная нагрузка R_А = R_В = R_С = R_ф;
   
2. 
   несимметричная однородная нагрузка R_А R_В R_С;
   
3. 
   несимметричная неоднородная нагрузка Z_А=R_А,Z_В=R_В+jX_В,Z_C=R_С+jX_С(табл. 12.1).
   

3. Рабочая схема исследуемой цепи и схемы включения измерительных приборов (рис. 12.2).



Т а б л и ц а 12.1

Вариант	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
1)Rф, Ом	80	90	100	110	120	85	95	105	115	125
2)RА, Ом	80	90	100	110	120	85	95	105	115	125
RВ , Ом	75	140	85	160	95	130	70	150	80	160
RС , Ом	130	70	150	80	160	75	140	85	150	95
3)RА, Ом	80	90	100	110	120	85	95	105	115	125
RВ, Ом	46	75	64	83	65	72	62	79	71	105
ХВ, Ом	66	50	77	72	101	45	72	69	91	68
RС, Ом	68	81	79	63	98	57	75	60	94	79
ХС, Ом	42	39	62	90	69	63	58	86	66	97

3. 
   Теоретические сведения и методические указания
   

Симметричный трехфазный генератор обеспечивает на выходе два уровня напряжения  линейное U_Л и фазноеU_ф, соотношение между которыми составляет U_Л/U_ф= . В промышленных условиях номинальное напряжение трехфазного генератораU_Л/U_ф=380/220В, в лаборатории ТОЭ уровень этого на­пряжения снижен по соображениям техники безопасности доU_Л/U_ф=127/73В. Наличие двух уровней напряжения в трехфазном генераторе позволяет подклю­чать к нему приемники с различными номинальными напряжениями, что обес­печивается способом соединения фаз приемника между собой. Если отдельные фазы приемника рассчитаны на фазное напряжение генератора, то они соеди­няются по схеме звезды (с нулевым проводом или без него).

При отсутствии нулевого провода симметрия фазных напряжений на приемнике сохраняется только при симметричной нагрузке. При несимметрич­ной нагрузке симметрия фазных напряжений на приемнике нарушается, фазные напряжения перекашиваются, становятся несимметричными. Между нулевыми точками приемника n и генератора N возникает напряже­ние U_n (напряжение смещения нейтрали).

Расчет токов и напряжений в фазах приемника выполняется, как пра­вило, по методу двух узлов. Фазные напряжения генератора принимаются сим­метричными: U_А = U_ф·e^j0, U_B= U_ф·e^-j120, U_C= U_ф·e^j120, а потенциал его нейтрали равным нулю V_N= 0. Напряжение (потенциал) нейтрали прием­ника определя­ется по формуле метода двух узлов:

.

Фазные на­пряжения на приемнике находятся как разности потенциалов соот­ветствующих точек:

U _{A n} = U _A U_n;U_Вn = U_ВU_n;U_Cn = U_CU_n.

Линейные (фазные) токи опреде­ляются по закону Ома:

I _A = U _An/Z _A ;I_В = U_Вn/Z_В;I_C = U_Cn/Z_C .

Активные и реактивные мощности отдельных фаз приемника определя­ются в ком­плексной форме:

S_A = P _A +jQ _A = U_An·I_A^*, S_B = P_B +jQ _B = U_Bn·I_B^*, S_C = P_C +jQ _C = U_Cn·I_C^*.

Пример построения векторной диаграммы напряжений и токов в MathCAD при­веден на рис. 12.2.









Рис. 12.2. Векторной диаграммы напряжений и токов.
Для измерения токов и мощностей в нескольких ветвях при помощи од­них и тех же приборов применя­ется коммутатор токовых цепей, позволяющий включать приборы (амперметр и ваттметр) поочередно в любую ветвь цепи.

Показание фазометра равно углу сдвига фаз между вектором напряже­ния U = Ue^j и вектором тока I = Ie^j, которые подведены к обмоткам при­бора, т.е.  = . Если к фазометру подведен базовый напряжения U₀ = Ue^j0 с на­чальной фазой, равной нулю и измеряемый вектор тока I = I·e^j, то показа­ние фазометра будет численно равно  = , откуда следует, что = ,т.е. на­чальная фаза вектора тока (аргумент комплекса тока) численно равна показа­нию фазометра с обратным знаком. В качестве базового вектора напряжения при­нимается фазное напряжение фазы А генератора U₀ = U_А = U_ф·e^j0.

При измерении углов в 3-й и 4-й четверти стрелка фазометра выходит за пределы шкалы. В этом случае следует изменить полярность одной из обмоток фазометра (переключатель полярности расположен на корпусе прибора) и к по­казанию прибора следует добавить 180^о.

3. 
   Расчетная часть
   

1. 
   Произвести расчет схемы трехфазной цепи для каждого из задан­ных видов нагрузки (п. 1, 2, 3) в комплексной форме. В результате расчета оп­ре­де­лить напряжение смещения нейтрали U_n, напряжения на фазах нагрузки U_An, U_Вn,, U_Сn, линейные (фазные) токи I_А, I_B, I_С,активные Р_А, Р_B, Р_С и реактив­ные Q_А, Q_B, Q_С мощности отдельных фаз приемника. Результаты расчета для напряжений и токов записать в виде комплексных чисел (U = Ue^j, I = Ie^j) в табл. 12.2, а для мощностей  в табл. 12.3.
   
2. 
   По результатам расчета для каждого вида нагрузки построить вектор­ные диаграммы токов и напряжений.
   

Т а б л и ц а 12.2

Тип наг.	Uл, В	Uф, В	UAn,B	UBn,В	Ucn, В	Un, В	IА , А	IB , А	IС , А
1)выч.
1)изм.
2)выч.
2)изм.
3)выч.
3)изм.

Т а б л и ц а 12.3

Тип наг.	РА , Вт	РB, Вт	РС , Вт	Р, Вт	QА,вар	QB,вар	QC,вар	Q,вар
1) выч.
1) изм.								
2) выч.
2) изм.								
3) выч.
3) изм.								

3. 
   Экспериментальная часть
   

1. 
   Собрать электрическую цепь в соответствии с рабочей схемой рис. 12.33. Включить источник энергии. Измерить линейные (U_АВ,U_ВС, U_СА) и фаз­ные (U_А,U_В,U_С) напряжения на зажимах трехфазного генератора. Среднеариф­метиче­ские значения этих напряжений записать в табл. 12.2.
   

2. 
   Установить параметры нагрузки согласно п. 1 исходных данных и про­извести измерения комплексных линейных (фазных) токов I_А, I_B,I_С. Мо­дули комплексных токов измерить амперметром, а началь­ные фазы  фазомет­ром по схеме рис. 12.3. Результаты измерений записать в табл. 12.2. Измерить (вольт­метром) модули напряжений смещения нейтрали U_nи фаз­ных напряжений (U_Аn,U_Вn,U_Сn). Начальные фазы напряжений не измеряются. Резуль­таты из­ме­рений записать в табл. 12.2. Изме­рить (ваттметром) активные мощно­сти фаз на­грузки Р_А, Р_B, Р_С . Реактивные мощно­сти не измеряются. Результаты изме­рений за­писать в табл. 12.3.
   
3. 
   Установить параметры нагрузки согласно п. 2 исходных данных и про­изве­сти измерения комплексных линейных (фазных) токов I_А,I_B,I_С , напряже­ния смещения нейтрали U_nи фаз­ных напряжений на фазах нагрузки (U_Аn,U_Вn,U_Сn), активных мощностей фаз нагрузки Р_А, Р_B, Р_С. Результаты измерений запи­сать в табл. 12.2 и в табл. 12.3.
   
4. 
   Установить параметры нагрузки согласно п. 3 исходных данных и про­изве­сти измерения комплексных линейных (фазных) токов I_А,I_B,I_С , напряже­ния смещения нейтрали U_nи фаз­ных напряжений на фазах нагрузки (U_Аn,U_Вn,U_Сn), активных мощностей фаз нагрузки Р_А, Р_B, Р_С. Результаты измерений запи­сать в табл. 12.2 и в табл. 12.3.
   

12.5.Анализ результатов работы

1. 
   Сравнить результаты эксперимента с данными расчета и дать заклю­че­ние о степени их соответствия. В случае их существенного расхождения ука­зать возможные причины.
   
2. 
   На основе анализа результатов работы определить, как влияет сим­мет­рия нагрузки и ее характер на симметрию фазных напряжений.
   
3. 
   Сделать вывод о роли нулевого провода для обеспечения нормальной ра­боты несимметричной трехфазной цепи.
   

12.7. Содержание отчета
Отчет по данной лабораторной работе должен содержать:

1. 
   титульный лист по стандартной форме;
   
2. 
   цель работы;
   
3. 
   исходные данные (эквивалентную схему исследуемой цепи и пара­метры ее элементов);
   
4. 
   таблицы с результатами вычислений и измерений;
   
5. 
   основные расчетные формулы и уравнения;
   
6. 
   векторные диаграммы токов и напряжений;
   
7. 
   выводы и заключение о степени соответствия расчетных и экспери­мен­тальных результатов.
   

Контрольные вопросы

1. 
   В каких случаях трехфазная нагрузка включается по схеме звезды без нулевого провода?
   
2. 
   Какова роль нулевого провода в трехфазной цепи?
   
3. 
   Могут ли напряжения на отдельных фазах нагрузки в несимметричном режиме: 1) увеличиться до линейного? 2) быть равными нулю? 3) быть симмет­ричными?
   
4. 
   По какой схеме включаются в трехфазную сеть асинхронные электро­двигатели?
   
5. 
   Какие напряжения (токи) приемника называются линейными, а какие -фазными? Назовите их.