Отчет по лабораторной работе 3 экспериментальные исследования параметров трехфазной цепи при соединении потребителей по схеме звезда
 Скачать 0.53 Mb.
|
|
Государственное автономное образовательное учреждение Астраханской области высшего образования «Астраханский государственный архитектурно-строительный университет» Кафедра «Системы автоматизированного проектирования и моделирования» Отчет по лабораторной работе № 3 «ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ПАРАМЕТРОВ ТРЕХФАЗНОЙ ЦЕПИ ПРИ СОЕДИНЕНИИ ПОТРЕБИТЕЛЕЙ ПО СХЕМЕ «ЗВЕЗДА» Выполнил: ст. группы ПГС-21-20 Барсамян С.А. Преподаватель: Тюлюпова С. С.
Лабораторная работа №3 Экспериментальные исследования параметров трехфазной цепи при соединении потребителей по схеме «Звезда» Цель работы Ознакомиться с трехфазными системами, измерением фазных и линейных токов и напряжений. Проверить основные соотношения между токами и напряжениями симметричного и несимметричного трехфазного потребителя. Выяснить роль нейтрального провода в четырехпроводной трехфазной цепи. Научиться строить векторные диаграммы напряжений и токов для трехфазной цепи. Оборудование: стенд Э4-СК «Электротехника и электроника», соединительные провода, модуль питания, модуль резисторов, модуль ввода вывода. 2. Ответы на вопросы: 2.1. Какое соединение называется звездой? При соединении по схеме звезды все концы трех фазных обмоток источника энергии соединяются в общий узел О или N , такой же узел О' или n образует соединение трех фаз нагрузки, а три обратных провода фаз системы объединяются в один общий провод. Узел, который образуют обмотки фаз источника или фазы нагрузки, называются нулевой точкой или нейтралью. Такая система соединения обмоток трехфазного генератора или трансформатора и приемников (потребителей) называется «звездой» (рис.1 а, б)   а) б) Рис. 1. (а) – схема системы соединения «звезда»; б) – схема системы соединения «звезда» с выделением нейтрального провода) 2.2. Каково соотношение между фазным и линейным напряжениями трехфазного источника питания при соединении его обмоток по схеме звезда? В трехфазной системе комплексные напряжения  между выводами каждой фазы обмоток источника или каждой фазы потребителя называются фазными напряжениями. Для линейных напряжений получаем  Линейные напряжения при соединении звездой являются векторной разностью соответствующих фазных напряжений, так как по отношению к элементу, включенному между линейными проводами, они имеют противоположное направление (рис. 2) В основе диаграммы лежат три вектора фазных напряжений углы, между которыми равны 120°. По отношению к каждому из этих напряжений вектор соответствующего фазного тока построен сдвинутым на угол. Величина, угла зависит от характера нагрузки фазы и определяется по законам цепи переменного тока:  Чтобы построить вектор линейного напряжения  , нужно из вектора  вычесть вектор  , т. е. прибавить к вектор (- ), равный вектору , но противоположный ему пo направлению. Аналогичным способом строятся и остальные два вектора линейных напряжений. Трехфазная система, как правило, является симметричной. Рис. 2. Линейное напряжение как векторная разность фазных напряжений Векторы линейных и фазных напряжений образуют при этом три равнобедренных треугольника с углами по 30° при основании. Опуская перпендикуляр из вершины тупого угла одного из этих треугольников напряжений на противолежащую сторону, найдем связь между действующими значениями линейных и фазных напряжений  и, следовательно: 2.3. Какое соотношение между фазными и линейными токами при соединении в звезду? Если трехфазная система имеет четыре провода: три линейных, по которым протекают линейные токи (токи в линейных проводах) и один нулевой (нейтральный) провод, предназначенный для поддержания одинаковых значений фазных напряжений на всех трех фазах потребителя (  ) , то цепь называется четырехпроводной. При соединении в звезду, ток протекаемый по фазе источника питания, равен току, протекаемому по линейному проводу, например, фазы А. Этот же ток протекает и по фазе А потребителя.Следовательно, при соединении в звезду фазный ток равен линейному IФ= IЛ. 2.4. Как определить величину тока в нейтральном проводе, если известны токи потребителя? Если трехфазная система 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. 3, а).    а) б) в) Рис. 3. 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. По нейтральному проводу при этом протекает ток, вектор которого на основании первого закона Кирхгофа равен геометрической сумме векторов фазных токов (рис. 3, б)  .2.5. Для чего применяют нейтральный провод? Нейтральный провод применяют для поддержания одинаковых значений фазных напряжений на всех трех фазах потребителя. 2.6. К каким зажимам следует подключить вольтметр, чтобы измерить фазное и линейное напряжение? Включить модуль питания стенда, модуль трехфазного трансформатора (выключатель QF1), модуль ввода. Измерить линейны напряжения UAB, UВС, UСА и фазные напряжения UA, UB, Uc трехфазного источника питания (трехфазного трансформатора) в режиме холостого хода. Для этого подключать поочередно вход датчика напряжения ДН1 модуля ввода к выводам «а» и «b», «b» и «с», «с» и «а», «n» и «а», «n» и «b», «n» и «с» модуля трехфазного трансформатора. Результаты измерений занести в таблица 1. 2.7. Какая трехфазная нагрузка называется симметричной? Потребитель с одинаковыми сопротивлениями всех трех фаз  называется симметричным. То есть, если все фазы системы нагружены одинаково, то  и, следовательно,  т.е. ток в общем проводе будет равен нулю, поэтому общий провод называется нулевым или нейтральным проводом. 2.8. Почему при несимметричной нагрузке обрыв нейтрального провода является аварийным режимом? При несимметричной нагрузке потребителей токи каждой фазы отличаются друг от друга начальной фазой и величиной. По нейтральному проводу при этом протекает ток. Согласно первому закону Кирхгофа, он равен геометрической сумме векторов фазных токов  . Обрыв нейтрального провода приводит к изменению напряжений на всех фазах потребителей и появлению напряжения смещения нейтрали UnN (рис. 3, в).Положение точки «n» на векторной диаграмме при измеренных значениях напряжений на фазах потребителей  может быть определено методом засечек (рис. 4) или рассчитано аналитически. Рис. 4. Обрыв нейтрального провода 3. Пояснения к работе 3.1. Ознакомиться с лабораторной установкой (компьютер, модуль ввода, модуль питания, модуль трехфазного трансформатора, модуль резисторов). 3.2. В соответствии со схемой по рис. 5 собрать электрическую схему исследуемой цепи. Установить переключатели значений сопротивлений резисторов в позицию «∞». Предъявить схему для проверки преподавателю. 3.3. Включить компьютер, запустить программу DeltaProfi, открыть окно «Электрические цепи. – Работа № 6. Трехфазная цепь при соединении по схеме звезда». Запустить программу в работу нажатием кнопки «Пуск» или командой главного меню «Управление – Пуск» или горячей клавишей F5.  Рис.5. Сборка трехфазной цепи при соединении по схеме «Звезда» 3.4. Включить модуль питания стенда, модуль трехфазного трансформатора (выключатель QF1), модуль ввода. Измерить линейны напряжения UAB, UВС, UСА и фазные напряжения UA, UB, Uc трехфазного источника питания (трехфазного трансформатора) в режиме холостого хода. Для этого подключать поочередно вход датчика напряжения ДН1 модуля ввода к выводам «а» и «b», «b» и «с», «с» и «а», «n» и «а», «n» и «b», «n» и «с» модуля трехфазного трансформатора. Построить векторную диаграмму напряжений трехфазного источника питания Таблица 1
3.5. Установить в фазах потребителя по указанию преподавателя одинаковые значения сопротивлений резисторов (симметричную нагрузку). Включить электропитание. Измерить токи, фазные напряжения на потребителях UаП, UвП, UсП при включенном нейтральном проводе. Напряжения измерять, подключая входы датчика напряжения ДН1 к соответствующим гнездам. Результаты измерений занести в таблицу 2. Остановить программу и выбрать вкладку «Осциллограммы». Зарисовать осциллограммы токов при симметричной нагрузке. Остановить программу. Выключить модуль трехфазного трансформатора.  Рис.6. Осциллограмма токов при симметричной нагрузке. Таблица 2
3.6. Разомкнуть цепь нейтрального провода (удалить соответствующий проводник). Включить модуль трехфазного трансформатора и повторить те же измерения при отключенном нейтральном проводе. Результаты занести в таблицу 2. Выключить модуль трехфазного трансформатора. 3.7. По указанию преподавателя изменить значения сопротивлений резисторов в фазах потребителя, обеспечив несимметричную нагрузку. Замкнуть цепь нейтрального провода (включить соответствующий проводник). Включить модуль трехфазного трансформатора и измерить токи, фазные напряжения в каждой фазе потребителя при наличии нейтрального провода. Результаты записать в таблицу 2. Выключить модуль трехфазного трансформатора. 3.8. Разомкнуть цепь нейтрального провода (удалить соответствующий проводник). Включить модуль трехфазного трансформатора и вновь измерить токи и напряжения. Результаты записать в таблицу 2. Остановить программу, нажатием кнопки «Стоп». Выключить модули и электропитание. 3.9. Для всех опытов построить в масштабе векторные диаграммы. 3.10. Сделать вывод о влиянии нейтрального провода на режим работы трехфазной цепи при симметричной и несимметричной нагрузке. 4. Расчеты: 4.1. Вычислим среднее линейное и фазное напряжение трехфазного источника питания:   4.2. Вычислим межузловое напряжение: 4.2.1. Нейтральный провод включен, нагрузка симметричнаяR=50Ом:   4.2.2. Нейтральный провод выключен, нагрузка симметричнаяR=50Ом: 4.2.3. Нейтральный провод включен, нагрузка несимметричная:        4.2.4. Нейтральный провод выключен, нагрузка несимметричная:  5. Вывод: При соединении потребителя электроэнергии звездой при симметричной нагрузке между фазными и линейными напряжениями существует соотношение: . Фазные токи потребителя определяют по закону Ома. При этом напряжение между нейтральными токами UnN = 0. Так как фазные напряжения и фазные сопротивления потребителя электроэнергии равны между собой, то фазные токи при симметричной нагрузке также равны между собой. При симметрично нагрузке измерения не изменяются.При включении нейтрального провода и несимметричной нагрузке потенциал нейтральной точки потребителя n равен потенциалу нейтральной точки N генератора. Следовательно, фазные напряжения потребителя равны соответствующим фазным напряжениям генератора, а напряжение между нейтральными точками UnN = 0. При наличии нейтрального провода и несимметричной нагрузке геометрическая сумма фазных токов трехфазной системы в соответствии с первым законом Кирхгофа для нейтральной точки равна току в нейтральном проводе. | ||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
