Лаб раб №3. полоцкий государственный университет

• Название: полоцкий государственный университет
• Дата: 10.12.2020
• Размер: 0.79 Mb.
• Имя файла: Лаб раб №3.doc
• Тип: Методические указания; #159154

МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РЕСПУБЛИКИ БЕЛАРУСЬ
УЧРЕЖДЕНИЕ ОБРАЗОВАНИЯ

«ПОЛОЦКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ УНИВЕРСИТЕТ»

Кафедра энергетики и электронной техники
МЕТОДИЧЕСКИЕ УКАЗАНИЯ
к лабораторной работе № 3
«Исследование симметричных и несимметричных режимов работы трехфазной цепи при соединении источников и приемников электрической энергии по схеме звезда-звезда с нулевым проводом»
по курсу

«Теоретические основы электротехники»

для студентов технических специальностей

Разработал А.С. Вершинин

доцент кафедры энергетики и электронной техники

Новополоцк, 2016

3.3.8. Методические указания к лабораторной работе № 3:

«Исследование симметричных и несимметричных режимов работы трехфазной цепи при соединении источников и приемников электрической энергии по схеме звезда – звезда с нулевым проводом».
1. Цель работы:

Изучение методов расчета трехфазных цепей при соединении источников и приемников электрической энергии звездой с нулевым проводом. Исследование влияния симметрии и характера нагрузки на симметрию линейных (фазных) токов и ток в нулевом проводе. Построение векторных диаграмм токов и напряжений для исследуемой трехфазной цепи.
2. Используемое оборудование:

Персональный компьютер с установленным программным обеспечением Multisim 13.0.

Из библиотек программы извлечь и использовать следующие элементы:

	– источник трехфазного переменного напряжения, включенный по схеме звезда с нулевым проводом, количество – 1;
	– резистор необходимого номинала, количество – 3;
	– конденсатор необходимой емкости, количество – 1;
	– индуктивность с необходимой индуктивностью, количество – 1;
	– заземлитель, количество – 1.

Из библиотек программы извлечь и использовать следующие измерительные приборы:

	– амперметр, перевести в режим измерения переменного тока, количество – 4;
	– ваттметр, количество – 3.

3. Задание.

3.1. Исходные данные:

– дана эквивалентная схема исследуемой трехфазной цепи, соединенной по схеме звезда – звезда с нулевым проводом (рис. 1). На входе цепи действует симметричный трехфазный генератор с напряжением U_л /U_ф ;

– комплексные сопротивления фаз для 3-х типов нагрузки (табл. 1);

– исследовать режим цепи при симметричной активной нагрузке (1-й тип нагрузки) R_A=R_B=R_C=R_ф (табл. 1);

– исследовать режим цепи при несимметричной активной нагрузке (2-й тип нагрузки) R_A≠R_B≠R_C (табл. 1);

– исследовать режим цепи при несимметричной неоднородной наг-рузке (3-й тип нагрузки) Z_A= R_A +jX_A , Z_B= R_B – jX_B , Z_C= R_C (табл. 1).

Рис. 1. Эквивалентная электрическая схема исследуемой трехфазной цепи.
Таблица 1.

Параметры	№ варианта
	1	2	3	4	5	6	7	8
Напряжение генератора	220/127	380/220	127/73,3	220/127	380/220	127/73,3	220/127	380/220
1) RA=RB=RC, Ом	47	51	56	62	68	75	82	91
2) RA , Ом RB , Ом RC , Ом	51 56 62	56 62 68	62 68 75	68 75 82	75 82 91	82 91 47	91 47 51	47 51 56
3) RA , Ом L A , Гн RB , Ом С B , мкФ RC , Ом	91 0,3 62 30 47	82 0,25 56 40 91	75 0,2 51 50 82	68 0,15 47 60 56	62 0,3 91 30 51	56 0,25 82 40 68	51 0,2 75 50 62	47 0,15 68 60 75

4. Краткие теоретические сведения.

Симметричный трехфазный генератор обеспечивает на выходе два уровня напряжения – линейное U_л и фазное U_ф, соотношение между которыми составляет U_л / U_ф = . Номинальные напряжения трехфазного генератора могут быть разными U_л / U_ф = 380/220 В; 220/127 В и др. 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 включаются по схеме звезды с нулевым проводом или без него.

При наличии нулевого провода симметрия фазных напряжений на приемнике поддерживается генератором и не зависит от характера нагрузки: . При соединении приемников звездой линейные и фазные тока равны I_л = I_ф и определяются по закону Ома:

а ток в нулевом проводе определяется по 1-му закону Кирхгофа: .

При симметричной нагрузке ток в нулевом проводе равен нулю, поэтому нулевой провод не влияет на режим работы цепи и может быть удален. При несимметричной нагрузке векторная сумма токов фаз не равна нулю, нулевой провод при этом обеспечивает на фазах нагрузки симметричное напряжение источника.
5. Порядок проведения работы.

5.1. Расчетная часть работы: расчет режимов работы исследуемой трехфазной цепи для разных типов нагрузки в комплексной форме. Определить линейные (фазные) токи и ток в нулевом проводе , и активные мощности в цепи.

5.1.1. Произвести расчет исследуемой трехфазной цепи при симметричной активной нагрузке (1-й тип) R_A=R_B=R_C=R_ф (рис. 2). Результаты расчета записать в виде комплексных чисел ( ) в табл. 2.

Рис. 2. Расчетная схема исследуемой трехфазной цепи с симметричной

активной нагрузкой (1-й тип) R_A=R_B=R_C=R_ф.

5.1.2. Произвести расчет исследуемой трехфазной цепи при несимметричной активной нагрузке (2-й тип) R_A≠R_B≠R_C (рис. 3). Результаты расчета записать в виде комплексных чисел ( ) в табл. 2.

Рис. 3. Расчетная схема исследуемой трехфазной цепи с несимметричной

активной нагрузкой (2-й тип) R_A≠R_B≠R_C.

5.1.3. Произвести расчет исследуемой трехфазной цепи при несимметричной неоднородной нагрузке (3-й тип) Z_A= R_A +jX_A , Z_B= R_B – jX_B , Z_C= R_C (рис. 4). Результаты расчета записать в виде комплексных чисел ( ) в табл. 2.

Рис. 4. Расчетная схема исследуемой трехфазной цепи с несимметричной

неоднородной нагрузкой (3-й тип) Z_A= R_A +jX_A , Z_B= R_B – jX_B , Z_C= R_C.

5.1.4. Для каждого типа нагрузки определить активные мощности каждой из фаз Р_А, Р_В, Р_С и мощность всей цепи Р_∑. Результаты расчета записать в табл. 3.

5.1.5. По результатам расчета для каждого типа нагрузки построить векторные диаграммы токов и напряжений.

Таблица 2.

Тип нагрузки	Параметры
	Uл/Uф
1) Вычис.
1) Измер.
2) Вычис.
2) Измер.
3) Вычис.
3) Измер.

Таблица 3.

Тип нагрузки	Параметры
	РА, Вт	РВ, Вт	РС, Вт	Р∑, Вт
1) Вычис.
1) Измер.				–
2) Вычис.
2) Измер.				–
3) Вычис.
3) Измер.				–

5.2. Экспериментальная часть работы: : экспериментальное исследование режимов работы исследуемой трехфазной цепи для разных типонагрузки. Измерить линейные (фазные) токи , ток в нулевом проводе и активные мощности в фазах приемников Р_А, Р_В, и Р_С.

5.2.1. На рабочем поле в среде Multisim 13.0 собрать рабочую схему исследуемой трехфазной цепи для 1-го типа нагрузки с измерительными приборами (рис. 5), которая соответствует расчетной схеме цепи (рис. 2). Установить указанные в задании параметры элементов цепи, и проверить ее работоспособность. Включить режим моделирования и измерить указанные токи и мощности. Результаты измерений занести в табл. 2 и табл. 3.



Рис. 5. Рабочая схема исследуемой трехфазной цепи с симметричной

активной нагрузкой (1-й тип) R_A=R_B=R_C=R_ф.
5.2.2. На рабочем поле в среде Multisim 13.0 собрать рабочую схему исследуемой трехфазной цепи для 2-го типа нагрузки с измерительными приборами (рис. 6), которая соответствует расчетной схеме цепи (рис. 3). Установить указанные в задании параметры элементов цепи, и проверить ее работоспособность. Включить режим моделирования и измерить указанные токи и мощности. Результаты измерений занести в табл. 2 и табл. 3.



Рис. 6. Рабочая схема исследуемой трехфазной цепи с несим-

метричной активной нагрузкой (2-й тип) R_A≠R_B≠R_C.
5.2.3. На рабочем поле в среде Multisim 13.0 собрать рабочую схему исследуемой трехфазной цепи для 3-го типа нагрузки с измерительными приборами (рис. 7), которая соответствует расчетной схеме цепи (рис. 4). Установить указанные в задании параметры элементов цепи, и проверить ее работоспособность. Включить режим моделирования и измерить указанные токи и мощности. Результаты измерений занести в табл. 2 и табл. 3.


Рис. 7. Рабочая схема исследуемой трехфазной цепи с несимметричной

неоднородной нагрузкой (3-й тип) Z_A= R_A +jX_A , Z_B= R_B – jX_B , Z_C= R_C.
6. Анализ результатов работы и выводы.

6.1. Сравнить результаты эксперимента с данными расчета и сделать заключение о степени их соответствия. В случае их значительного расхождения определить и обосновать возможные причины.

6.2. На основе анализа результатов работы определить, как влияет несимметрия нагрузки и ее характер на симметрию фазных напряжений и ток в нулевом проводе.

6.3. Сделать вывод о роли нулевого провода для обеспечения нормальной работы несимметричной трехфазной цепи при соединении звездой.
7. Содержание отчета.

Отчет о лабораторной работе должен содержать:

1. Титульный лист по стандартной форме.

2. Цель работы.

3. Исходные данные (схема исследуемой цепи и параметры ее элементов).

4. Таблицы с результатами измерений (вычислений).

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. Какие напряжения (токи) приемника называются линейными, а какие фазными? Назовите их.

2. Какова роль нулевого провода в трехфазной цепи?

3. В каких случаях трехфазная нагрузка включается по схеме звезда-звезда с нулевым проводом?

4. Может ли ток в нулевом проводе при несимметричной нагрузке быть равным нулю?

5. Может ли ток в нулевом проводе при несимметричной нагрузке быть больше линейного (фазного) тока?

6. Почему сечение нулевого провода в трехфазной ЛЭП обычно меньше сечения линейных проводов?

7. По какой схеме включаются в трехфазную сеть отдельные квартиры в многоквартирном жилом доме?

8. Как отличаются фазные и линейные напряжения и токи при включении симметричной нагрузки по схеме звезда с нулевым проводом?

9. Как определить суммарную активную мощность трехфазной цепи в симметричном и несимметричном режимах при включении по схеме звезда с нулевым проводом?

10. Почему при включении нагрузки звездой ток в нулевом проводе при симметричной нагрузке равен нулю?
Литература.

1. Бессонов Л.А. Теоретические основы электротехники. Электрические цепи. Ч. 1. - М.: Высшая школа, 1978. - 528 с.

2. Карлащук В.И. Электронная лаборатория на IBM PC. Программа Electronics Workbench и ее применение. – Солон-Р, 1999. – 507 с.