Лабораторная работа №7

Исследование электрического состояния трехфазной цепи с однофазными приемниками, соединенными треугольником.

Цель работы. Научиться включать потребитель в треугольник в цепи трехфазного тока. Изучить влияние изменения параметров однофазных приемников, соединенных треугольником и включенных в трехпроводную сеть, на амплитудно-фазовые соотношения между линейными токами. Приобрести практические навыки по измерению мощности в трехфазной цепи.

Основные теоретические сведения

Для соединения трех однофазных приемников Z_AB,Z_BC,Z _СА треугольником (рис. 6.1), необходимо конец Х первого приемника соединить с началом В второго, конец Y второго - с началом С третьего, конец Z третьего с началом А первого приемника, а к узлам полученного треугольника подвести линейными проводами энергию от трехфазной сети.

Если комплексные сопротивления фаз нагрузки одинаковы

, (6.1)

то такую нагрузку называют симметричной.

При соединении треугольником каждый приемник включен между подводящими проводами и находится под линейным напряжением, которое одновременно является фазным напряжением U_Ф. Поэтому при соединении приемников треугольником справедливо равенство

U_Ф=U_Л (6.2)

Ток каждого приемника, входящего в соединение треугольником, яв­ляется фазным и определяется по формуле

, (6.3)

где U_Ф - фазное напряжение, на зажимах данного приемника;

Z_Ф - его полное сопротивление.

При симметричной нагрузке фазные токи всех фаз одинаковы по величине

I_AB=I_BC=I_CA=I_Ф (6.4)

и сдвинуты по отношению к своим фазным напряжениям на одинаковые углы

(6.5)

определяемые формулой

, (6.6)

где x_Ф - реактивное сопротивление фазы нагрузки;

r_ф -ее активное сопротивление.

В общем случае линейные токи I_A, I_B, I_C и фазные токи I_AB, I_BC, I_CA Связаны на основании первого закона Кирхгофа вектор­ными уравнениями

(6.7)

из этих уравнений вытекает, что независимо от характера на­грузки всегда справедливо равенство

(6.8)

При симметричной нагрузке фаз все линейные токи равны между собой и превышают значения фазных токов в раз, т.е.

(6.9)

Векторы линейных напряжений могут изображаться либо симметричной звездой, либо равносторонним треугольником. Эти напряжения прак­тически неизменны.

При симметричной нагрузке фаз векторы линейных токов сдви­нуты относительно векторов фазных токов на 30⁰ (рис. 6-2).

Фазные токи сдвинуты относительно фазных напряжений на оди­наковые углы , а линейные токи определяются как геометрические разности соответствующих фазных токов (рис. 6-2).

При несимметричной нагрузке фаз, имеющей место при несоб­людении равенства (6.1), нарушается симметрия как фазных, так и линейных токов, что видно из векторной диаграммы напряжений то­ков (pиc. 6-3).

Обрыв одного из линейных проводов нарушает нормальный, ре­жим работы установки, при этом приемники только одной фазы бу­дут находиться под номинальный фазным напряжением, а приемники двух других фаз окажутся последовательно соединенными и будут питаться от этого же напряжения, которое обусловит установление на их зажимах напряжений, прямо пропорциональных величинам пол­ных их сопротивлений. Следовательно, эти приемники окажутся под напряжением, отличающимся от номинального значения разного напряжения. Вслучае преобладания в одной из фаз индуктивной, а в другой - емкостной нагрузки, может возникнуть резонанс напряжений, сопровождающийся появлением повышенных напряжений, на зажимах реактивных приемников и резким увеличением тока.

На схеме (рис. 6-4) показан обрыв линейного провода А. В фазе ВС направления напряжения и тока сохраняются такими же, как в цепи без обрыва, а в фазах AВ и СА становятся обратными по отношению к схеме (рис. 6-1).

Из схемы (рис 6-З) следует:

(6.8)

Фазы нагрузки АВ и СА соединены последовательно, поэтому фазные токи равны:

Применяя (6.7) к схеме (рис. 6-3), получим:

(6.9)

Векторная диаграмма (рис. 6.3) преобразуется для схемы (рис. 6-4) в другую форму (рис. 6.5).

Активная мощность однофазных приемников, соединенных: треугольником, может быть выражена так

(6.10)

Трехфазная цепь, соединенная треугольником, является трехпроводной. В такой цепи, независимо от способа соединения потребителя активная мощность может быть измерена как алгебраическая сумма показаний двух ваттметров (рис. 6-6)

P=P_W1+P_W2

Перечень оборудования

1. Источник трехфазного тока U_Л= 220 В, U_Ф =127 В.

2. Блок с ламповыми реостатами.

3. Катушка индуктивности.

4. Батарея конденсаторов.

5. Амперметры - 6 штук с пределом измерений 2 А.

6. Вольтметр с пределом измерений 250 В.

Содержание работы

Исследовать процессы в трехфазной цепи, соединенной тре­угольником при симметричной и несимметричной нагрузках, обрыве линейного провода. Измерить активную мощность трехфазной цепи с помощью двух ваттметров. По результатам измерений построить векторные диаграммы.

Порядок выполнения работы

1. Чисто активная нагрузка

1. Собрать схему исследования (рис. 6-7).

Нагрузкой служат ламповые реостаты. Ключ В1 замкнут.

2. Установить нагрузку фаз симметричной (включить все тумблеры). С помощью ваттметра, с пределом измерений 250В из­мерить напряжения между точками AВ, ВС, СА на нагрузке.

3. Не изменяя нагрузку, создать аварийный режим работы трехфазной цепи - обрыв линейного провода А (ключ В1 разомкнуть), повторить измерения поп.2.

4. Создать несимметричную нагрузку фаз (ключ В1 замкнуть), включив разное количество ламп в фазах. Не изменяя эту нагрузку, снять показания всех приборов для:

а) нормального режима работы;

б) аварийного режиме - обрыв линейного провода А (ключ К разомкнуть).

Обратить внимание, оказывает ли влияние на режимы других фаз итока в линииизменение сопротивления фазы А.

5. Показания амперметров, вольтметра, ваттметров в пунктах 2, 3, 4 занести в таблицу 1.

Таблица 1

№ п-п

Данные измерений

Данные вычислений

Характер нагрузки

IA

IB

IC

IAB

IBC

ICA

UAB

UBC

UCA

PW1

PW2

ΣPW

PфAB

PфBC

PфCA

ΣPф

А

А

А

А

А

А

В

В

В

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

Вт

Симметричная нагрузка

Обрыв линейного провода. Симметричная нагрузка

Несимметричная нагрузка

Обрыв линейного провода. Несимметричная нагрузка

6. На основании полученных данных рассчитать фазные значения актив­ных мощностей по формулам:

(6.12)

В формулах (6.12)для активной нагрузки сosφ= 1, результаты занести в таблицу 6.1.

7. По данным таблицы 1 построить векторные диаграммы для всех режимов работы.

2. Неоднородная нагрузка

1. Собрать схему исследования трехфазной цепи, соединенной треугольником (рис. 6.8). В одну из фаз включен ламповый реостат, в другую - батарея конденсаторов, в третью - катушка индуктив­ности. Тумблеры включены.

2. Изменяя количество включенных ламп, емкость батареи конденсаторов, индуктивность катушки, установить равномерную нагрузку (показания амперметров A_АВ, A_ВС, А_CA должны быть одинаковы). Измерить напряжения между точками AВ, БС, СА на нагрузке.

3. Установить неравномерную нагрузку изменением сопротивления фаз, изменяя количество включенных ламп в фазе А, емкость батареи конденсаторов в фазе В, индуктивность катушки в фазе С. (показания амперметров А_АВ, А_ВС, а_СА неодинаковы). Измерить, напряжения на фазах с помощью вольтметра, с пределом измерений 250 В.

4. Установить аварийный режим - обрыв фазы АВ (тумблеры выключить). Обратить внимание, какое влияние это оказало на режимы работы других фаз. Измерить напряжение на фазах.

5. Показания всех амперметров и вольтметра (в пунктах 2,3,4) занести в таблицу 2.

Таблица 2

№ п/п	IA	IB	IC	IAB	IBC	ICA	UAB	UBC	UCA	Характер нагрузки
А	А	А	А	А	А	В	В	В
										Равномерная неоднородная
										Неравномерная неоднородная
										Обрыв фазы АВ при неравномерной нагрузке

6. По данным таблицы 2 построить векторные диаграммы для всех режимов. Считать, что ток в фазе СА отстает от напряжения на этой фазе на 90° (т.е. активным сопротивлением катушки ин­дуктивности пренебрегаем).

Содержание отчета

Отчет должен содержать:

1. Название работы.

2 Цель работы.

3. Таблицу приборов и оборудования, используемого в работе.

4. Схемы исследования.

5. Таблицы с результатами измерений и вычислений.

6. Расчетные формулы.

7. Векторные диаграммы в масштабе для всех режимов.

8. Выводы об особенностях каждого режима.

Контрольные вопросы

1. Какая трехфазная система напряжений называется симметричной?

2. Как три однофазных приемника соединить треугольником?

3. Какие условия определяют равномерность и однородность нагрузки?

4. Какие существуют зависимости между линейными и фазными токами трехфазной системы при соединении приемников треугольником?

5. Как измерить активную мощность трехпроводной цепи?

6. Каковы особенности режима при обрыве одного из линейных проводов? обрыва фазы?

Литература

1. Электротехника /Под ред. В.С. Пантюшина.-М.: Высшая школа, 1976, гл. 7., C.I56-I58, С.I60-I6I

2. Касаткин А. С. Немцов М.В. Электротехника. -М.: Энергоатомиздат, 1983, гл. 3,.C. 112-114.

3. Бессонов Л.А.Теоретические основы электротехники. -М.:Высшая школа, 1984., §§6.1-6.14.

Дата добавления: 2014-10-31