66551

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА ПРИ 3’ЄДНАННІ СПОЖИВАЧІВ ЗІРКОЮ

Лабораторная работа

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

Дослідити і вивчити режими роботи та властивості трифазних електричних кіл при з’єднанні фаз споживачів зіркою з нейтральним проводом і без нього. Перевірити співвідношення між фазними і лінійними напругам та струмами.

Украинкский

2014-08-22

1.01 MB

8 чел.

ЛАБОРАТОРНА РОБОТА № 5

ДОСЛІДЖЕННЯ ТРИФАЗНОГО ЕЛЕКТРИЧНОГО КОЛА ПРИ 3’ЄДНАННІ СПОЖИВАЧІВ ЗІРКОЮ

Мета роботи

Дослідити і вивчити режими роботи та властивості трифазних електричних кіл при з’єднанні фаз споживачів зіркою з нейтральним проводом і без нього. Перевірити співвідношення між фазними і лінійними напругам та струмами. Навчитися будувати векторні діаграми напруг і струмів при різних режимах роботи трифазних споживачів, з’єднаних зіркою.

1 Основні теоретичні відомості

Трифазне електричне коло – це сукупність трьох однофазних електричних кіл, в яких діють синусоїдні ЕРС однакової амплітуди, частоти та зсунуті за фазою на одну третину періоду – 120°. Ці ЕРС генеруються  одним джерелом живлення.

Частину трифазної системи, в якій діє одна ЕРС, називають фазою. Фазами називають обмотки генераторів, трансформаторів, приймачів електричної енергії трифазного струму та проводи ліній електропересилання.

Миттєві значення фазних ЕРС :

еА = Em sin ωt;

еВ = Em sin (ωt – 120°);

еС = Em sin (ωt + 120°),

а їх комплексні відображення:

ĖА = E е j ;

ĖВ = E е  j 120 °;

ĖС = E е  j 120 ° .

На рисунку 5.1 наведено часову та векторну діаграми ЕРС трифазної системи.

На електричних схемах трифазних мереж початки фаз джерел живлення позначають літерами A,B,C, а їх кінці – X, Y, Z. Початки фаз споживачів – а, b, с, а їх кінці – x, y, z.

 

Рисунок 5.1 Часова а) та векторна б) діаграми ЕРС

трифазної системи

Існують два способи з’єднання окремих фаз джерел та приймачів: з’єднання зіркою (Y) та трикутником (∆).  

Якщо з’єднати між собою кінці фаз джерела енергії та кінці фаз споживача в один вузол ’’N ” або ”n”, то одержимо трифазну систему, з’єднану зіркою (рисунок 5.2). Провід, який з’єднує точки N  і n називають нейтральним або нульовим.                          

Проводи, що з’єднують початки фаз генератора і споживача, називають лінійними (Аа, Bb, Сс), а проводи, що з’єднують  джерело енергії або споживач з лінійними проводами та нейтральним – (АN, BN, СN або а n, b n, с n) – фазними.

Струми в лінійних проводах ІЛ називають  лінійними струмами ĪА, ĪВ, ĪС  й позначають їх додатний напрям від джерела до приймача. Струм в обмотках фаз або  в фазних навантаженнях називають фазними струмами Īа, Īb, Īс. В такому електричному колі однойменні фази джерела живлення, споживача й лінійний провід з’єднані послідовно і лінійний струм дорівнює фазному ІЛ = ІФ.

Напруги між лінійними проводами (UАВ, UВС, UСА – джерела живлення та Uаb, U, Uса – споживача) називаються лінійними, а напруги на затискачах фаз генератора чи споживача, або напруги між лінійними та нейтральним проводами (UА, UВ, UС – джерела живлення та Uа, Ub, Uс – споживача) – фазними (рисунок 5.2).

Трифазні системи при з’єднанні зіркою бувають чотирипровідні (з нульовим проводом) і трипровідні (без нульового проводу).

Струм у нейтральному проводі  чотирипровідної системи (рисунок 5.2) за першим законом Кірхгофа:

                                      ĪN (Īn) = ĪА + ĪВ + ĪС.

Рисунок 5.2  Електрична схема з’єднання фаз джерела

живлення й навантаження зіркою

Вектори лінійних напруг споживачів Ūаb, Ū, Ūса визначають через вектори фазних напруг Ūа, Ūb, Ūс з рівнянь, складених на основі другого закону Кірхгофа (рисунок 5.2 і рисунок 5.3):

Ūаb = Ūa  Ūb;

Ū = Ūb  Ūс;

Ūса = Ūс  Ūа .

Для симетричної системи напруг (рисунок 5.3) діюче значення лінійної напруги в разів більше від діючого значення фазної напруги UЛ =UФ. Лінійні та фазні напруги:

Uаb = U = Uса = UЛ; Uа = Ub = Uс = UФ.

При симетричному навантаженні:

Zа = Zb = Zс;       φа = φb = φс= arctq (ХФ/RФ),

де  Zа, Zb, Zс  повні опори фаз;

φа ; φb; φс кути зсуву фаз між фазними напругами та струмами.

Рисунок 5.3 Векторна діаграма напруг при з’єднанні фаз споживача зіркою

Діючі значення фазних струмів будуть однакові Iа= Ib= Iс= IФ, а вектор струму Īn в нейтральному проводі дорівнює геометричній сумі векторів струмів фаз і дорівнює нулеві Īа + Īb + Īс = 0  (рисунок 5.4). На цьому рисунку приведені векторні діаграми напруг і струмів для різних за характером симетричних навантажень.

Якщо навантаження трифазних споживачів несиметричне

при  чотирипровідній  системі (Zа Zb Zс  або φа φb φс), то:

Īn = Īа + Īb + Īс  0.

Рисунок 5.4  Векторні діаграми напруг і струмів для різних

за характером симетричних навантажень при з’єднанні фаз споживачів зіркою:

а) активне навантаження (φ = 0);

б) активно-індуктивне навантаження (0 < φ < 90°);

в)активно-ємнісне навантаження (0 > φ < – 90°).

При цьому несиметричність навантаження на фазні напруги  споживачів не впливає. Нейтральний провід в чотирипровідній мережі при несиметричному навантаженні споживачів, з'єднаних зіркою, служить для забезпечення рівності фазних напруг.

В чотирипровідній системі при обриві фазного проводу (рисунок 5.5.а) фазний струм ІФ = 0 (наприклад, обрив фази А, фазний струм Іа = 0). Векторна діаграма приведена на рисунку 5.5,б.

Рисунок 5.5  Електрична схема а) та векторна діаграма напруг і струмів б) при з’єднанні фаз споживачів зіркою

 й обриві фазного проводу

Лінійні  та фазні напруги залишаються без змін:

Uаb = U = Uса = UЛ, Uа =  Ub = Uс = UФ.

При обриві лінійного проводу в чотирипровідній системі (рисунок 5.6.а), наприклад фази А, струм Іа = 0, а напруги:

Uа = 0, U = UЛ, Uаb = Uса = Ub = Uс = UФ.

Векторна діаграма напруг та струмів приведена на рисунку 5.6,б.

Рисунок 5.6 Електрична схема а) та векторна діаграма напруг і струмів б) при з’єднанні фаз споживачів зіркою й обриві лінійного проводу

При відсутності нейтрального проводу та несиметричному навантаженні між нейтральними точками генератора і навантаженням (Nn) виникає напруга зміщення нейтралі:

,

де Y а, Y b, Y С – комплексні провідності фаз споживача (Y  = 1/ Z).

Фазні напруги споживачів не рівні за модулем Uа  Ub  Uс і визначаються за формулами:

a  = А  N n ,        Ūa  = ŪА Ū N n ,

b  = В  N n ,        Ūb  = ŪВ Ū N n ,

с  = С  N n ,         Ūс  = ŪС Ū N n .

Векторна сума струмів:

Īа + Īb с = 0.

Векторна діаграма напруг і струмів трифазної трипровідної мережі  при несиметричному навантаженні приведена на рисунку 5.7. 

Рисунок 5.7  Векторна діаграми напруг і струмів трифазної

                   трипровідної мережі  при несиметричному

навантаженні

При з’єднанні споживачів зіркою справедливі наступні співвідношення:

;                      ;

cosφФ = RФ/ZФ;           sin φФ = ХФ/ZФ;          φФ= arctq (ХФ/RФ).

Потужності трифазного споживача дорівнюють сумі потужностей окремих фаз:

а) активна : Р = Ра+ Рb + Рс =

= Uа Іа cos φа + Ub Іb cos φb + Uс Іс cos φс ;

б) реактивна: Q = Q а + Q b + Q с =

= Uа Іа sin φа + Ub Іb sin φb + Uс Іс sin φс;

в) повна потужність:  S =.

При симетричному навантаженні потужності визначають за формулами:

а) активна: Р = 3 РФ = 3 UФ ІФcos φ Ф = UЛ ІЛ cos φ Ф;

б) реактивна: Q = 3 Q Ф = 3 UФ ІФ sin φ Ф =UЛ ІЛ sin φ Ф;

в) повна:  S = 3 UФ ІФ = UЛ ІЛ = .

2 Опис лабораторної установки

Експериментальне дослідження трифазного електричного кола при з’єднанні споживачів зіркою виконують на установці, електрична схема якої приведена на рисунку 5.8,а. Установка живиться від трифазної електричної мережі змінної напруги через трифазний вимикач SF. Діючі значення фазних струмів Iа, Ib, Iс  і струм в нейтральному проводі In вимірюють амперметрами РА1, РА2, РА3, РА4, а діючі значення лінійних і фазних напруг вимірюють вольтметром РV. Частота  напруги мережі дорівнює 50 Гц. В якості навантаження Zа, Zb, Zс використовуються, вмонтовані в лабораторному стенді, лампи розжарення, опір яких – активний (Z = R). Схема з’єднання лампи розжарення приведена на рисунку 5.8,б.

Рисунок 5.8  Електрична схема лабораторної  установки для

експериментального дослідження трифазного електричного кола при з’єднанні споживачів зіркою а) та ввімкнення лампового реостату б)

3 Програма роботи

3.1 Скласти електричне коло, схема якого зображена на рисунку 5.8.

3.2 Після перевірки схеми викладачем, ввімкнути трифазний вимикач SF.

3.3 Виміряти вольтметром РV лінійні напруги (Uаb, U, Uса між затискачами А' та В', В'– С ', С '– А') та фазні напруги (Uа, Ub, Uс між затискачами А' та Х, В' – Y, С '– Z) і переконатися, що відповідні напруги в мережі однакові: Uаb = U = Uса = UЛ, Uа = Ub = Uс = UФ, а співвідношення UЛ/UФ =. Дані вимірювань записати в таблицю 5.1.

3.4 Дослідити трифазне електричне коло з нейтральним проводом і активним навантаженням (Zа = Rа, Zb = Rb, Zс = Rс), при різних режимах роботи електричного кола:

симетричному  активному навантаженні;

несиметричному активному навантаженні;

обриві фази;

обриві лінійного проводу.

Результати вимірювань записати в таблицю 5.1.

Таблиця 5.1 – Результати досліджень та обчислень 

№ п /п

Тип кола

Режими

кола

Дослідні дані

Обчислити

Uаb, В

U, В

Uса, В

Uа, В

Ub, В

Uс, В

Іа, А

Іb, А

Іс, А

Іn, А

Ра, Вт

Рb Вт

Рс, Вт

Р,Вт

Rа,Ом

RbОм

Rс,Ом

cos φ а

cos φ b

cos φ с

1

4-провідне

Сим.н.

2

Нес.н.

3

Обр.ф.

4

Обр.л.

5

Кон.С

1

 3-провідне

Сим.н.

2

Нес.н.

3

Обр.ф.

4

Обр.л.

5

Кон.С

6

К.З.

Значення ємності С

               мкФ

ХС

             Ом

3.5 Дослідити трифазне електричне коло з нейтральним проводом при ввімкненні в одну із фаз конденсатора (замість ламп розжарення) і змінюючи його ємність С, підібрати такий режим, при якому Х = R. Значення ємності С записати в таблицю 5.1.

3.6 Провести аналогічні досліди, вказані в п. 3.4 і 3.5, для споживачів з’єднаних зіркою трифазного трипровідного кола (без нейтрального проводу).

3.7 Дослідити режим короткого замикання в одній із фаз, (задається викладачем) трифазної трипровідної системи. Дані вимірювань записати в таблицю 5.1.

4 Опрацювання результатів дослідів

4.1  Обчислити всі величини, вказані в таблиці 5.1, а також ємнісний опір конденсатора.

4.2 За даними досліджень побудувати векторні діаграми напруг та струмів для випадків, наведених в таблиці 5.1. Побудову векторних діаграм слід починати з побудови трикутника лінійних напруг (трикутник рівносторонній), згідно вибраних масштабів  (наприклад, рисунок 5.4). Вектори фазних напруг відкласти методом ’’засічок’’ з вершин трикутника. Перетин векторів фазних напруг дасть точку п. Вектори струмів Ī відкласти в масштабі під кутом φ до векторів фазних напруг Ū в залежності від характеру навантаження.

4.2 Визначити з векторних діаграм струм в нейтральному проводі і порівняти його значення з експерементальними даними.   

4.3 Зробити висновки з проведеної роботи.

5 Контрольні запитання

5.1 Вкажіть співвідношення між лінійними та фазними напругами й струмами при з’єднанні споживачів зіркою.

5.2  Для яких режимів справедливе співвідношення UЛ/UФ =?

5.3 Який  режим  роботи  трифазного  кола   називають симетричним?

5.4  Яке призначення нульового проводу і як  впливає  його обрив на роботу трифазного споживача?

5.5  Для якого навантаження справедлива формула потужностей Р = 3РФ ?

PAGE  50


EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  

EMBED CorelDRAW.Graphic.11  


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

7506. Экология: конспект лекций 843.5 KB
  Предлагаемое пособие поможет студентам в решении именно этой задачи применительно к курсу Экология. Содержание и структура пособия соответствуют требованиям Государственного образовательного стандарта высшего профессионального образования. Издание п...
7507. Учет и регулирование потребления электрической энергии 112.61 KB
  Учет и регулирование потребления электрической энергии. Бытовое энергосбережение В жилищном хозяйстве потребляется около 30% тепловой энергии, которая получается от сжигания твердого, жидкого и газообразного топлива. Поэтому, экономия топлива ...
7508. Экономия электроэнергии в электроснабжающих установках 60.8 KB
  Экономия электроэнергии в электроснабжающих установках Электроснабжение сельских потребителей осуществляют в основном от сетей государственных электросистем. К сельским потребителям электрическую энергию подают по линиям напряжением 6, 10, 20, 35 кВ...
7509. Экономия электроэнергии в осветительных и электронагревательных установках 76.71 KB
  Экономия электроэнергии в осветительных и электронагревательных установках На освещение в сельском хозяйстве затрачивают 10...15% всей потребляемой электроэнергии, то есть более 15 млрд. кВт·ч в год. Наряду с другими устройствами электрическое освещ...
7510. Экономия электрической энергии при эксплуатации оборудования 121.34 KB
  Экономия электрической энергии при эксплуатации оборудования В сельском хозяйстве действует огромный парк электродвигателей, насчитывающий 12 млн. единиц общей мощностью 50...60 млн. кВт. Практически все стационарные рабочие сельскохозяйственные маш...
7511. Нетрадиционные способы получения и применения энергии 113.67 KB
  Нетрадиционные способы получения и применения энергии Главным фактором роста энергопроизводства является рост численности населения и прогресс качества жизни общества, который тесно связан с потреблением энергии на душу населения. Сейчас на каждого ...
7512. Модели рыночной экономики 43 KB
  Модели рыночной экономики. Для каждой экономической системы характерны свои национальные модели организации хозяйства, так как страны различаются своеобразием истории, уровнем экономического развития, социальными и национальными условиями. Поэтому м...
7513. Рыночное равновесие 147.5 KB
  Рыночное равновесие Чтобы рассмотреть взаимодействие спроса и предложения, необходимо совместить линии спроса и предложения на одном графике. На рис. 1 DD - линия спроса, SS - линия предложения. Абсциссы их точек характеризуют соответственно объемы ...
7514. Эластичность спроса и предложения 86 KB
  Эластичность спроса и предложения Термин эластичность - технический термин, который использовал А. Маршалл для обозначения чувствительности реакции одного фактора в результате воздействия на него другого фактора. Эластичность - это характеристи...