Теплоэнергетика и теплотехника Оренбург 2012 2

• Название: Теплоэнергетика и теплотехника Оренбург 2012 2
• Дата: 18.10.2021
• Размер: 1.91 Mb.
• Имя файла: 3107_20120424.pdf
• Тип: Исследование; #249852
• страница: 5 из 7

Опыт 3 – воздушный трансформатор. Собрать электрическую цепь по схеме рисунка 4.11. На генераторе ГЗ-123 установить выходное напряжение 15 В и частоту f =200 Гц. Изменяя нагрузку, произвести измерения и записать результаты в таблицу 4.3. Рисунок 4.11 – Воздушный тансформатор Таблица 4.3 – Результаты измерений и вычислений третьего опыта
№ п/п Режим работы Измерено Вычислено
1
U
2
U
1
I
2
I
M В В А А
Гн
-
1
Х.Х (
5
R
)
2 0
5
R
3 4
5
К.З. (
0 5
R
)
4.6 Обработка результатов опытов
4.6.1 Определить параметры первой и второй катушек индуктивности по результатам первого опыта. Параметры катушек к и L по методу двух частот определяются из решения системы двух уравнений
M
R
R
R
L
L
1 2
5 1
2
mA
1
mA
2
П1
ГЗ-123
V

62 2
1 к к,
(4.19)
2 к к,
(4.20)
4.6.2 Определить одноименные зажимы двух катушек, коэффициент
M взаимной индуктивности и коэффициент
c
k связи по результатам второго опыта. Одноименные зажимы при последовательном соединении двух катушек можно определить по величине тока вцепи, если поменять местами зажимы одной из катушек. При согласном включении показания амперметра будут меньше. Коэффициент
c
k связи катушек и коэффициент M взаимной индуктивности определяются по формулами) соответственно.
4.6.3 Поданным таблицы 4.3 определить коэффициент M взаимной индуктивности и коэффициент
c
k , построить внешную характеристику
)
(
2 2
I
f
U
воздушного трансформатора.
4.7 Контрольные вопросы и задания
1. Как опытным путем определить M и
c
k индуктивно связанных катушек
2. Что такое коэффициент связи Может ли он быть больше единицы
3. Что такое согласное и встречное включение индуктивно связанных катушек Какие зажимы этих катушек называются одноименными
4. Как по величине тока при последовательном включении индуктивно связанных катушек определить характер включения (согласное или встречное
5. Нарисуйте векторную диаграмму при согласном и встречном включении катушек.

63 6. Как опытным путем определить M воздушного трансформатора
7. Напишите основные уравнения воздушного трансформатора.
8. Нарисуйте векторную диаграмму воздушного трансформатора при произвольной активной нагрузке.
5 Лабораторная работа № 5. Исследование трехфазной цепи присоединении приемников звездой
5.1 Цель работы Исследование трехфазной цепи переменного тока присоединении приемников звездой, опытная проверка соотношений между линейными и фазными напряжениями и токами при различных нагрузках в отдельных фазах, представление полученных результатов в виде векторных диаграмм.
5.2 Краткие теоретические и практические сведения Трехфазная цепь представляет собой совокупность трех электрических цепей, в которых действуют ЭДС одинаковой частоты и амплитуды, отличающиеся одна от другой по фазе на угол 120 0
и индуцированные водном источнике энергии. Каждую из однофазных цепей принято называть фазой. В качестве источника электрической энергии в трехфазных цепях используют трехфазные синхронные генераторы. В трех обмотках генератора, называемых фазами и жесткозакрепленных так, что их магнитные оси сдвинуты в пространстве друг относительно друга на угол
3 2
, индуцируются три ЭДС –
A
e ,
B
e ,
C
e , образующие симметричную систему. Симметричной системой ЭДС, напряжений или токов условимся называть три ЭДС, напряжения или тока, имеющие одинаковые действующие значения и частоту, но сдвинутые по фазе друг относительно

64 друга на угол 120 0
. В противном случае система ЭДС, напряжений или токов считается несимметричной. Графики мгновенных значений симметричной системы ЭДС представлены на рисунке а, векторная диаграмма – на рисунке б. Последовательность прохождения трех ЭДС через одинаковые значения, например, максимальное значение, называется последовательностью фаз. Указанная на рисунке а последовательность, в которой ЭДС достигают максимального значения сначала в фазе A , затем в фазе B , ив фазе
C
, называют прямой последовательностью фаз или прямым порядком чередования фаз. В трехфазных цепях различают симметричную и несимметричную нагрузки. Под симметричной понимают такую нагрузку, комплексы сопротивлений которой во всех фазах одинаковы, те.
c
b
a
Z
Z
Z
(5.1) Рисунок 5.1 – Волновая (аи векторная (б) диаграммы симметричной трехфазной системы ЭДС На рисунке а представлена схема соединения приемников звездой в трехфазной цепи переменного тока. К началам фаз приемников подводят линейные провода, концы фаз приемников соединяют в общую нулевую точку, которая может быть подсоединена к нулевой точке генератора. а)
б)
e
e
e
e
A
C
B
t
E
E
E
120 120 120
A
B
C
0 0
0

65 Рисунок 5.2 – Схема соединений (аи векторные диаграммы трехпроводной трехфазной цепи присоединении приемников звездой при симметричной б) и несимметричной (в) нагрузках Фазным напряжением называют напряжение между началом и концом отдельных фаз приемника (или источника, а линейным напряжением – напряжения между началами фаз приемника (или источника. Фазные токи – это токи в фазах приемника, линейные токи – токи в линейных проводах, соединяющих источник с приемником. Приданной схеме соединения приемников, очевидно, что ф
л
I
I
(5.2)
A
a
A
A
a
а
A
AB
AB
a
AB
BC
BC
BC
c
C
c
N
CA
CA
CA
b
B
b
a)
б)
в)
b
c
B
B
C
C
b
c
Z
I
I
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
I
I
I
I
Z
Z
B
C
O’
O
O
O’

66 Чтобы найти соотношения между фазными и линейными напряжениями нужно применить второй закон Кирхгофа к контурам
BA
'
AO
,
CB
'
BO
,
AC
'
CO
(рисунок а) в соответствии с которым
b
a
AB
U
U
U



;
c
b
BC
U
U
U



;
a
c
CA
U
U
U



(5.3) Считаем, что фазные напряжения приемника равны фазным напряжениям источника. Имея векторы фазных напряжений
a
U
,
b
U
,
c
U
и пользуясь соотношениями (5.3), нетрудно построить векторы линейных напряжений
AB
U
,
BC
U
,
CA
U
в соответствии с рисунком б. Очевидно, что в этом случае фазные и линейные напряжения нагрузки образуют симметричную систему векторов, где справедливо соотношение ф
л
U
U
3
(5.4) Согласно первому закону Кирхгофа для узла
'
O
справедливо уравнение
C
B
A
N
I
I
I
I




(5.5) Пусть сопротивление нейтрального провода
0
N
Z
, тогда между нейтральными точками источника и приемника возникнет напряжение, которое можно определить по методу двух узлов.
N
c
b
a
c
C
b
B
a
A
N
Y
Y
Y
Y
Y
U
Y
U
Y
U
U




,
(5.6) где
A
U
,
B
U
,
C
U
– комплексы фазных напряжений источника
a
Y ,
b
Y ,
c
Y ,
N
Y
– комплексы проводимостей фаз нагрузки и нейтрального провода. В этом случае фазные напряжения нагрузки будут определяться выражениями
N
A
a
U
U
U



;
N
A
b
U
U
U



;
N
C
c
U
U
U



(5.7) При симметричной нагрузке
a
Y =
b
Y =
c
Y ф, поэтому из (5.6) получим

67 ф ф,
5.8) т.к. фазные напряжения источника образуют симметричную систему векторов и их векторная сумма равна 0. Тогда из (5.7) следует, что фазные напряжения источника будут равны фазным напряжениям нагрузки. Используя уравнения (5.3), строим векторы линейных напряжений (рисунок б, которые образуют симметричную систему векторов. Токи нагрузки также образуют симметричную систему, ток в нейтральном проводе равен нулю и надобности в нейтральном проводе нет. Его убирают и получают трехпроводную трехфазную цепь. Включение несимметричной нагрузки в трехпроводную трехфазную цепь (те. при отсутствии нейтрального провода) приведет к появлению напряжения
N
U
между нейтралями и, как следует из (5.7) фазные напряжения приемника окажутся различными в соответствии с рисунком в. Соотношение (5.4) между фазными и линейными напряжениями нарушится. При изменении величины и характера фазных сопротивлений напряжение
N
U
может изменяться в широких пределах. В соответствии с этим точка
'
O
на диаграмме (рисунок в) будет смещаться от центра
O
и фазные напряжения приемника могут сильно отличаться друг от друга. Это явление называется смещением нейтрали. Чтобы восстановить равенство фазных напряжений при несимметричной нагрузке фаз, достаточно добавить в систему четвертый нейтральный провод, при этом получают четырехпроводную трехфазную цепь с соответствии с рисунком а. В четырехпроводной трехфазной цепи при любой нагрузке фаз справедливо соотношение (5.4), а в трехпроводной трехфазной – только при симметричной нагрузке. Ток в нейтральном проводе в четырехпроводной трехфазной цепи при несимметричной нагрузке определяется формулой (5.5), или геометрической суммой векторов фазных токов, в соответствии с рисунком б.

68 При обрыве одной из фаз в трехпроводной системе, например фазы
C
, две другие фазы оказываются включенными последовательно на линейное напряжение
AB
U
. При одинаковом сопротивлении этих фаз на каждую из них вместо фазного напряжения придется половина линейного напряжения
AB
U
, что составляет 87 % от напряжения при нормальном режиме (рисунок а. Рисунок 5.3 – Схема соединений (аи векторная диаграмма токов и напряжений (б) четырехпроводной трехфазной цепи присоединении приемников звездой В четырехпроводной цепи обрыв одной из фаз не нарушит нормальную работу двух других фаз (рисунок б.
A
a
A
A
A
а
а
AB
BC
c
c
CA
b
b
a)
б)
B
C
B
B
C
C
N
b
c
Z
I
I
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
U
I
I
I
I
I
Z
Z
B
C
O
O’
O

69 Рисунок 5.4 – Векторные диаграммы токов и напряжений трехпроводной (аи четырехпровдной (б) трехфазной цепи при обрыве фазы С Зная фазные токи, напряжения и углы сдвига фаз между ними можно рассчитать фазные мощности и мощности трехфазной цепи. Активные мощности фаз
a
a
a
a
cos
I
U
P
;
b
b
b
b
cos
I
U
P
;
c
c
c
c
cos
I
U
P
. (5.9) Реактивные мощности фаз
a
a
a
a
sin
I
U
Q
;
b
b
b
b
sin
I
U
Q
;
c
c
c
c
sin
I
U
Q
. (5.10) Для трехфазного приемника активная и реактивная мощности определяются в соответствии с формулами
c
b
a
P
P
P
P
;
c
b
a
Q
Q
Q
Q
,
(5.11) где в выражениях для реактивной мощности знак «+» берется в случае индуктивной нагрузки и знак «-» при емкостной нагрузке. В случае симметричной нагрузки ф ф
ф
3 3
; ф ф
ф
3 3
(5.12)
A
A
а
а
AB
BC
c
CA
b
a)
б)
b
AB
AB
B
B
N
I =
I
U =
U
U
U
U
U
U
U =
2
U
U
I
I
I
O

70
5.3 Описание лабораторной установки Элементы трехфазной электрической цепи и измерительные приборы, используемые в лабораторной работе, размещены на лицевой панели универсального стенда. В качестве источника энергии используется трехфазная сеть переменного тока, к которой подключены первичные обмотки трехфазного понижающего трансформатора. На лицевую панель стенда выведены клеммы фаз « A», « B », «
C
» и нейтральная точка «
N
» вторичных обмоток этого трансформатора. В качестве приемников используются проволочные резисторы
1
R ,
2
R ,
3
R . Для измерения токов предназначены миллиамперметры типа М 42300, а для измерения напряжений – цифровой мультиметр
ВР-11А.
5.4 Рабочее задание Рисунок 5.5 – Электрическая схема опыта
5.4.1 Собрать четырехпроводную трехфазную цепь в соответствии со схемой рисунка 5.5. Установить движки резисторов
3 1
R
R
в средние положения, миллиамперметры mA
1
-mA
4
переключить на диапазон
3
a
b
c
1 2
3
A
a
b
c
B
C
N
R
R
R
I
U
U
U
I
I
I
B
C
N
A
1
mA
mA
mA
2 3
4
mA
V

71 5.4.2 Включить источник трехфазного напряжения и установить поочередно следующие режимы работы трехфазной цепи симметричную, несимметричную нагрузки и обрыв одной из фаз приемника (для каждой бригады фазу задаѐт преподаватель. Для каждого из режимов работы измерить фазные токи, ток в нейтральном проводе, фазные и линейные напряжения. Результаты измерений занести в таблицу 5.1.
5.5 Обработка результатов опытов
5.5.1 Вычислить активные мощности отдельных фаз и активную мощность трехфазного приемника, используя приведѐнные выше формулы. Результаты вычислений занести в таблицу 5.1. Таблица 5.1 – Результаты измерений и вычислений Эксперимент Опыт Равномерная нагрузка Неравномерная нагрузка Обрыв фазы
___ Линейное напряжение – Л, В Фазное напряжение – а, В Фазное напряжение –
U
b
, В Фазное напряжение –
U
c
, В Фазный тока Фазный ток –
I
b
, A Фазный ток –
I
c
, A Ток нулевого провода -
I
n
, A
Расчѐт
Сопротивление нагрузки
R
a
, Ом Сопротивление нагрузки R
b
, Ом Сопротивление нагрузки
R
c
, Ом

72
А
B
Z
Z
Z
ф
ф
ф
C
A
5.5.2 Поданным опытов построить в масштабе векторные диаграммы токов и напряжений для всех исследуемых режимов работы трехфазной цепи.
5.6 Контрольные вопросы и задания
1. Каковы соотношения между фазными и линейными напряжениями и токами присоединении нагрузки звездой
2. Как аналитически рассчитать напряжение смещения нейтрали
3. Как влияет нейтральный провод на работу приемников в трехфазной цепи присоединении нагрузки звездой
4. Что такое трѐхфазная цепь и трѐхфазные системы э.д.с., токов и напряжений Какие режимы работы трѐхфазных цепей называются симметричными
5. Что такое смещения нейтрали трѐхфазного приѐмника ив каких случаях возникает
6. В каких случаях и с какой целью в трѐхфазных цепях делают нулевой провод
7. Симметричный трехфазный приемник подключен к трехфазному источнику. Определить показание амперметра, если известно, что, л =380 В, ф Ом.
8. Определить коэффициент мощности трехфазного симметричного потребителя, соединенного звездой, если линейное напряжение л =380 В, фазный ток ф Аи потребляемая активная мощность P =2,64 кВт.
9. К зажимам четырехпроводной трехфазной цепи приложено напряжение л В, сопротивления фаз равны
2
R
R
1
=10 Ом,
3
R Ом. Определите действующее значение тока
0
I в нулевом проводе.
R
R
R
1 2
3
A
B
C
0

73